Кора выветривания Ковдорского массива по сложности своего профиля, разнообразию минеральных ассоциаций, комплексу полезных ископаемых не имеет себе равных не только на Кольском полуострове, но и на всем Балтийском щите. Она представляет собой яркий пример важной роли древнего гипергенеза в общем процессе рудообразования. Проводившиеся ранее на Ковдорском массиве исследования хотя и решали важные, часто принципиальные задачи, касающиеся строения и вещественного состава коры выветривания и связанных с ней полезных ископаемых, но не освещали в целом континентальной истории этого района. Выполненное в последнее время обобщение имевшихся и вновь полученных материалов позволило восполнить этот пробел, что стало возможным благодаря детальным геологоразведочным работам, проведенным Ковдорской ГРП на франколитовом месторождении, новым геологическим материалам, полученным при разработке вермикулито-флогопитового месторождения, и тем общим закономерностям формирования кор выветривания на Балтийском щите, которые были выявлены в предшествующий период исследований [Афанасьев, 1977].

Кристаллические породы Ковдорского массива покрыты почти сплошным плащом разнообразных рыхлых образований, представленных корой выветривания (древним элювием), продуктами ее переотложения и более молодыми четвертичными, преимущественно ледниковыми и водно-ледниковыми отложениями. В совокупности они отражают длительный период континентального изменения массива после того, как он был выведен на дневную поверхность. В течение этого времени коренным образом менялись климат и тектонический режим, определявшие интенсивность и направление гипергенеза. Для выяснения истории и палеогеографических условий формирования рыхлых образований, особенностей их строения и минерального состава необходимо прежде всего определить их формационную принадлежность.

Наиболее древним гипергенным образованием, стоящим во главе всего ряда континентальных отложений, является кора выветривания. Поскольку в литературе имеется несколько отличающихся друг от друга определений этого понятия, целесообразно уточнить позицию автора в этом вопросе. Под корой выветривания мы понимаем элювиальную толщу хемогенно преобразованных пород, развивающуюся на поверхности любых других материнских пород и сохраняющую их текстуру. Характерной особенностью коры выветривания является вертикальная зональность. Это определение идентично сформулированному В.П. Петровым [1977] и подчеркивает геологическую сторону процесса корообразования.

Однако для изучения всего разнообразия древних продуктов выветривания, включая и осадочные дериваты, одного понятия «кора выветривания» недостаточно. При анализе материала необходимо опираться на более общие представления о формации коры выветривания. Это понятие было введено И.И. Гинзбургом [1963], затем детально разрабатывалось В.П. Казариновым [1973] и в настоящее время принято большинством геологов, изучающих коры выветривания. «Формацию кор выветривания следует понимать как естественное полифациальное сообщество элювиальных и осадочных пород, связанных общими чертами вещественного состава, совместным залеганием или территориальной близостью и образующихся в сходных климатических условиях... при слабых колебательных движениях» [Цехомский, 1981, с.12]. Использование этого понятия необходимо для того, чтобы подчеркнуть единство и различие элювиальных и сопряженных с ними осадочных пород, образовавшихся в единый тектоно-климатический этап или эпоху корообразования. Соответственно выделяются остаточная субформация - собственно кора выветривания и осадочная субформация - продукты ее ближнего переотложения.

Остаточная субформация представлена приповерхностной элювиальной толщей мощностью от пяти до восьмидесяти метров, покрывающей около 60% площади массива. Характерной ее особенностью является вертикальная зональность и сохранность текстуры исходных пород по всему разрезу. Минеральный состав профиля выветривания и его отдельных зон зависит от исходного субстрата. В зависимости от характера материнских пород выделяются гидрослюдисто-охристо-каолинитовый (на фенитах), цеболлит-монтмориллонитовый (на мелилит-монтичеллитовых породах); франколитовый (на карбонатитах) профили выветривания. По степени химической проработки исходных пород, масштабам миграции химических элементов и минеральному составу верхней зоны кора выветривания Ковдорского массива относится к каолинитовому типу. Возможно, что временами выветривание приобретало латеритный характер. Подробно минеральный состав и баланс вещества в указанных профилях выветривания рассмотрен в статье «Особенности строения и условия образования кор выветривания на массивах ультраосновных-щелочных пород и карбонатитов Кольского полуострова» [Афанасьев и др., 1983].

Осадочная субформация представлена древними продуктами переотложения коры выветривания, которые известны в пределах апатито-франколитового месторождения, где они представлены так называемыми рыхлыми рудами. Несмотря на ограниченное распространение, эти породы имеют принципиальное значение для понимания истории формирования коры выветривания. Их выделение в качестве осадочной субформации позволяет наметить заключительную стадию тектоно-климатического этапа, в который протекали процессы коро- и карстообразования. Породы представляют собой карстовый делювий с грубой слоистостью, сложенный обломочным материалом самой различной размерности. В крупных обломках преобладают элювиальные фосфориты, встречаются ийолиты, фениты, в том числе и каолинитизированные. В песчаных классах, кроме франколита, встречаются магнетит, апатит, вермикулит (иногда каолинитизированный), полевые шпаты, разрушенный бурый оливин и гидроокислы марганца. Днища карстовых полостей выстланы дресвой карбонатита, которая затем переходит в совершенно свежие плотные карбонатиты. Там, где делювий контактирует с силикатными породами, они несут следы интенсивного выветривания вплоть до каолинитизации. По отдельным линейным зонам в соответствии с общим рисунком конических трещин карстовый делювий сечется жилами и прожилками более позднего инфильтрационного франколита [Афанасьев, Атаманов, 1980].

Известно, что остаточные коры выветривания и их осадочная субформация отражают узловые моменты континентальной истории территории, когда вследствие благоприятного сочетания тектонического режима и теплого влажного климата происходит глубокое химическое выветривание пород, сопровождающееся интенсивной миграцией многих элементов и механической дифференциацией продуктов выветривания. Все это приводит к формированию мощного элювия и разнообразных континентальных отложений, резко дифференцированных по минеральному составу. Кора выветривания Ковдорского массива не является в этом отношении исключением. Она была сформирована также в один из характерных этапов континентальной истории Балтийского щита, затем в силу изменявшихся палеогеографических условий претерпевала неоднократный размыв. Выяснение условий ее формирования и последующего размыва должно опираться на последовательную реконструкцию геологических событий с учетом современного состояния коры выветривания и рельефа, а также общих закономерностей развития Балтийского щита в фанерозое.

Характер залегания коры выветривания и франколитовых руд, большую часть которых мы относим к ее осадочной субформации, хорошо виден на приведенной блок-диаграмме (рис.1). По существу кора выветривания представляет собой приповерхностную пленку, мощность которой несоизмеримо мала по сравнению с размерами самого массива. Из этой же блок-диаграммы следует, что кора выветривания не покрывает массив сплошным чехлом, а залегает в виде отдельных полей. На значительной площади кристаллические породы массива не имеют элювия или других древних континентальных образований. Следующее обстоятельство, которое имеет важное геологическое значение, заключается в том, что на поверхность выходят различные, вплоть до самых нижних, зоны коры выветривания. Если на г. Пилькумасельга выходит охристо-каолинитовая, а на г. Низка-вара - гидрохлорит-лизардитовая зоны, то в более низких участках кора выветривания или вовсе отсутствует, или представлена нижней, гидрослюдистой зоной. Это не может не свидетельствовать о том, что кора выветривания после своего образования подвергалась размыву.

Следы этого размыва зафиксированы в рельефе массива, так как суммарная разница высот здесь достигает 200 метров, а мощность даже сохранившихся охристо-каолинитовой и гидрохлорит-лизардитовых зон колеблется от 30 до 80 метров. Действительно, анализ рельефа района Ковдорского массива показывает, что здесь имеет место так называемая ярусность рельефа. Между вершинной поверхностью, которая, вероятно, представляет собой останцы наиболее древнего, мезозойского пенеплена, и нижней, аккумулятивной поверхностью четвертичного возраста располагаются две денудационные поверхности (рис. 2). О денудационной, а не тектонической природе этих поверхностей свидетельствует факт отсутствия вертикальных смещений в пределах железорудного и вермикулит-флогопитового карьеров, хотя рельеф здесь достаточно расчленен и отдельные участки месторождений принадлежат разным уровням. Обоснование возраста этих двух денудационных поверхностей будет дано ниже при рассмотрении палеогеографических условий выветривания. Здесь мы лишь отмечаем факт неоднократного значительного размыва коры выветривания и обновления рельефа.

Возраст коры выветривания Ковдорского массива нельзя определить прямыми методами, так как отсутствуют перекрывающие ее древние отложения. Поэтому рубежи эпохи корообразования можно лишь наметить, опираясь, во-первых, на ранее выявленные закономерности формирования кор выветривания на Балтийском щите [Афанасьев, 1977], во-вторых, учитывая особенности продуктов выветривания массива, в первую очередь наличие первичных каолинов, которые, как известно, являются надежными индикаторами климата. Ковдорский массив ультраосновных-щелочных пород и карбонатитов формировался в течение продолжительного времени, в интервале 800-380 млн.лет [Кононова, 1966]. Заключительная фаза его становления завершилась на рубеже девон-карбон. После этого потребовалось определенное время для того, чтобы массив был выведен на дневную поверхность. Учитывая, что максимальной денудации Балтийский щит подвергался в палеозое, а в последующее время он не испытывал столь грандиозной эрозии, мы, с определенной долей условности, считаем, что континентальная история Ковдорского массива началась в верхней перми или в нижнем триасе.

В условиях аридного климата, который характерен для этих периодов [Синицын, 1970], должно было протекать преимущественно механическое разрушение кристаллических пород под влиянием главным образом температурного воздействия. При этом порода разрушается тем быстрее, чем больше разница в коэффициентах температурного расширения слагающих ее минералов. В данном случае для вмещающих массив гнейсов эта разница колеблется от 0.132 до 0.260 (микроклин-плагиоклаз-кварц), для ультраосновных пород массива она равна 0.04 (диопсид-оливин), т.е. гнейсы в условиях аридного гипергенеза должны разрушаться значительно интенсивнее. Об этом же свидетельствует механическая прочность указанных пород. Коэффициент прочности для гранито-гнейсов составляет 6.26-9.77 кг/см², а для перидотитов 13.47-16.83 кг/см² [Беликов, 1961]. Поэтому есть основания полагать, что на первых этапах своей континентальной истории Ковдорский массив выступал в рельефе как положительная форма, возможно, в виде горного сооружения (рис. 3).

Процессы выравнивания рельефа и сопряженного с ним корообразования на Балтийском щите, как и на всей Русской плите, начались в верхнем триасе в связи с установлением спокойного тектонического режима и гумидного климата [Петров, 1967, Поверхности выравнивания..., 1974]. В это же время, вероятно, начинает формироваться кора выветривания на Ковдорском массиве. На протяжении мезозоя здесь была сформирована элювиальная толща, покрывающая сплошным чехлом все породы массива и вмещающие гнейсы.

Реконструкция первоначального вида коры выветривания, основанная на типах профилей выветривания и учете особенностей современного рельефа, показывает, что общая мощность элювиальной толщи могла достигать 300 м. При этом мощность гидрохлорит-лизардитовой зоны в центральной части массива могла быть около 200 м. На щелочных породах и вмещающих гнейсах залегала каолиновая кора выветривания мощностью не менее 50 м. Карбонатиты были сильно закарстованы и несли мощный чехол элювиальных и делювиальных продуктов выветривания. В таком виде кора выветривания могла сохраниться до палеогена включительно.

Размыв региональной мезозойской коры выветривания на Балтийском щите в основном произошел в конце палеогена. В миоцене темп тектонических движений щита временно ослабевает, но, в силу начавшегося похолодания, глубокое химическое выветривание каолинового типа уже стало невозможным. В плиоцене в результате неотектонических движений большая часть коры выветривания Ковдорского массива была уничтожена. В четвертичное время в качестве фактора эрозии выступил ледник, но большого разрушительного воздействия он произвести не мог, так как от мощной мезозойской коры выветривания к тому времени остались лишь отдельные фрагменты.

Выводы

1. Формирование коры выветривания на Ковдорском массиве было одним из этапов его континентальной истории, охватывающей время с перми до четвертичного периода. Выведенный на дневную поверхность массив последовательно испытывал механическую денудацию (пермь - триас), планацию рельефа и интенсивное химическое выветривание (мезозой - палеоген).

2. Сформированная в мезозое кора выветривания местами имела мощность до 300 м. Минеральный состав продуктов выветривания и характер зональности определялись составом исходного субстрата. Начиная с среднего палеогена, кора выветривания испытала неоднократную денудацию.

3. Рудогенерирующая роль коры выветривания определялась тем, что в условиях влажного теплого климата при спокойном тектоническом режиме химическое выветривание приводило к интенсивной миграции щелочных и щелочно-земельных элементов, высокой подвижности кремния, фосфора, алюминия, почти полному окислению двухвалентного железа. В результате образовывались высокозрелые и глубокодифференцированные по химическому и минеральному составу остаточные, осадочные и инфильтрационные гипергенные образования.

4. Остаточная субформация коры выветривания включает вермикулитовое месторождение, первичные каолины и сунгулитовые породы. Во всех этих образованиях четко отражена вертикальная зональность, характерная для коры выветривания. Структура и вещественный состав остаточных месторождений определяются характером исходных пород, общей интенсивностью и типом выветривания, степенью размыва элювия.

5. К осадочной субформации относится карстовый делювий коры выветривания в пределах апатито-франколитового месторождения. Здесь же широко развиты инфильтрационные образования главным образом в виде франколита. В целом Ковдорское апатито-франколитовое месторождение относится к осадочно-инфильтрационному типу.

6. Сложное строение коры выветривания, многообразие слагающих ее пород и минералов открывают перспективы вовлечения в народное хозяйство новых видов гипергенных полезных ископаемых. Как показали лабораторные испытания, в качестве керамического сырья могут быть использованы первичные каолины г. Пилькумасельга и сунгулитовые породы района вермикулитового месторождения.

ЛИТЕРАТУРА

Афанасьев А.П. Фанерозойские коры выветривания Балтийского щита и связанные с ним месторождения полезных ископаемых. Л., Наука, 1977, 244 с.

Афанасьев А.П., Атаманов А.В. Минеральный состав и вопросы генезиса фосфоритов формации коры выветривания Ковдорского массива. - В кн.: Минерагения зоны гипергенеза. М., Наука, 1980, с. 131-140.

Афанасьев А.П., Атаманов А.В., Максимов Н.И. Особенности строения и условия образования кор выветривания на массивах ультраосновных-щелочных пород и карбонатитов Кольского полуострова // Коры выветривания и гипергенные полезные ископаемые восточной части Балтийского щита. 1983. С. 45-60.

Беликов Б.П. Упругие и прочностные свойства горных пород. - В кн.: Исследование физико-механических свойств горных пород. Тр. ИГЕМ, вып.43, 1961, с.47-110.

Гинзбург И.И. Типы древних кор выветривания, формы их проявления и классификация. - В кн.: Кора выветривания, вып.6. М., Изд-во АН СССР, 1963, с.71-101.

Казаринов В.П. О понятии «формация коры выветривания» // Литология и полезные ископаемые, 1973, № 1, с.117-120.

Кононова В.А., Свешникова Е.В., Борисевич И.В. О возможности применения нефелина для установления возрастных соотношений магматических и метасоматических процессов при формировании некоторых щелочных интрузивов. - В кн.: Абсолютное датирование тектоно-магматических циклов и этапов по данным 1964. - Тр.ХIII сессии Комиссии по определению абсолютного возраста геологических формаций. М., Наука, 1966, с.380-393.

Петров В.П. Основы учения о древних корах выветривания. М., Недра, 1967, 343 с.

Петров В.П. Современные проблемы учения о коре выветривания. - В кн.: Неметаллические полезные ископаемые коры выветривания. М., Наука, 1977, с.9-38.

Поверхности выравнивания и коры выветривания на территории СССР. Под ред. академиков И.П.Герасимова и А.В.Сидоренко. М., Наука, 1974, 443 с.

Синицын В.М. Древние климаты Евразии, ч. 3. Л., изд. ЛГУ, 1970, 133 с.

Цехомский A.M. К определению понятия «формация коры выветривания». - В кн.: Формации коры выветривания и минерагения. Тр. ВСЕГЕИ, т. 197, 1981, с.7-34.

Ссылка на статью: 

Афанасьев А.П. Этапы формирования и размыва коры выветривания Ковдорского массива // Коры выветривания и гипергенные полезные ископаемые восточной части Балтийского щита. Апатиты, изд.Кольского филиала АН СССР, 1983. С. 22-31.