В статье приводятся данные по строению и вещественному составу различных типов конкреций, встречающихся в плейстоценовых отложениях Большеземельской тундры. Выделяются закономерные комплексы конкреций, приуроченные к различным стратиграфическим горизонтам плейстоценовых отложений.

Изучение плейстоценовых отложений Печорской низменности, интенсивно проводившееся в последние годы, показывает, что основная часть их разреза имеет морское (ледово-морское, прибрежно-морское и т.д.) происхождение. Различные горизонты плейстоценовых отложений охарактеризованы комплексами макро- и микрофауны, пыльцы и спор, а в. ряде случаев - диатомовых водорослей [Афанасьев, Белкин, 1963; Воллосович, 1961; Данилов, 1962; Зархидзе, 1963; Попов, 1961, 1963; Семенов, 1963]. Помимо отличий в палеонтологических характеристиках, этим горизонтам свойственны различия в вещественном составе слагающих их пород.

Проведенные ранее исследования [Данилов, 1963] позволили установить, что горизонты плейстоценовых отложений имеют определенные, отличные друг от друга геохимические характеристики, закономерно изменяющиеся на площади и по разрезу. Дальнейшее исследование вещественного состава плейстоценовых отложений показало, что различным стратиграфо-генетическим горизонтам их свойственны различные типы конкреций, образующие в ряде случаев довольно устойчивые комплексы.

Приуроченность определенных типов конкреций и их комплексов к отдельным горизонтам помогает при корреляции далеко друг от друга отстоящих разрезов плейстоценовых отложений, а также при восстановлении палеогеографических условий осадконакопления последних.

Ниже приводится последовательное описание выделенных на территории Большеземельской тундры горизонтов плейстоценовых отложений снизу и дается характеристика содержащихся в них конкреционных стяжений (фиг. 1).

1. КОЛВИНСКО-ПАДИМЕЙСКИЙ ГОРИЗОНТ

В пределах тектонических депрессий - областях относительно низкого залегания кровли коренных пород - в основании разреза плейстоценовых отложений отмечается горизонт серых, часто сизовато-серых глин и алевритов с редкой галькой, гравием и единичными мелкими валунчиками. Непосредственно на контакте с коренными породами иногда присутствуют гравелистые пески и супеси с галькой. В серых глинах и алевритах обнаруживаются богатые комплексы макро- и микрофауны, свидетельствующие о том, что осадконакопление происходило в условиях относительно глубоководного, шельфового полярного моря.

В глинах и алевритах с валунами в бассейне р. Коротаихи (в пределах Коротаихинской депрессии) наряду с многочисленными остатками морских раковин обнаружены конкреционные стяжения сульфидов железа. Конкреции имеют очень рыхлое, почти сыпучее сложение и часто слабо обособлены от вмещающей породы. Цвет конкреций темно-серый, иногда отмечается металлический блеск. Форма преимущественно шаровидная или эллипсоидальная, размеры 1-3, реже - 4- 5 см в поперечнике.

Встречаются скопления сильно разложившихся пиритизированных растительных остатков, являющихся центром стяжения сульфидов железа.

Химическое исследование конкреций показало в них высокое содержание сульфидной серы и железа (табл. 1, обр. 352). В результате микроскопического изучения конкреций в шлифах и рентгеноструктурного анализа конкреций установлено, что сульфиды железа представлены пиритом.

Наличие конкреционных стяжений пирита свидетельствует о том, что на стадиях раннего диагенеза сизых глин господствовала восстановительная среда, обусловленная, вероятнее всего, разложением в донных морских осадках органического вещества, в достаточных количествах поступавшего с суши. На это указывает также присутствие мелких ярко-синих шаровидных выделений вивианита, напоминающих горошины.

Наиболее показательным и характерным является присутствие в сизых глинах бассейна среднего течения р. Коротаихи карбонатных доломитовых конкреций, имеющих неправильную овальную форму и незначительные размеры (1- 2 см в поперечнике). Цвет конкреций темно-серый, структура - мелкозернистая. Доломит образует цемент между зернами обломков пород, кварца и других минералов.

Присутствие конкреций с доломитовым цементом в плейстоценовых морских отложениях отмечается довольно редко, особенно в осадках полярных морей. Факт их наличия дает основание полагать, что климатические условия времени накопления горизонта сизых глин и алевритов были достаточно теплыми и сухими. Об относительной тепловодности морского бассейна в период накопления колвинско-падимейских отложений свидетельствуют также богатые комплексы микрофауны и спорово-пыльцевые комплексы. Ни в одном из лежащих выше горизонтов плейстоценовых отложений конкреции с доломитовым цементом встречены не были. Это позволяет рассматривать доломитовые конкреции как один из стратиграфических критериев при выделении горизонта плиоцен (?)-нижнеплейстоценовых ледово-морских глин и алевритов и как коррелятивный признак при прослеживании этого горизонта на площади.

Вверх по разрезу серые алевриты и глины с редкими валунами постепенно переходят в светло-желтые преимущественно мелкозернистые косослоистые пески, иногда с прослоями и линзами гравелистых песков и галечников, содержащие многочисленные остатки морских раковин. Эти пески прослеживаются не повсеместно. В горизонтальном направлении близ Полярного Урала и Пай-Хоя они фациально замещаются грубозернистыми гравелистыми песками и галечниками с валунами. Литолого-фациальный анализ песчано-галечных отложений показывает, что они отражают фазу значительного обмеления морского бассейна, т.е. фазу его, возможно, частичной регрессии. Комплексы фауны морских ракообразных и моллюсков отвечают комплексам верхней, средней сублиторали относительно теплого полярного бассейна.

В песках и галечниках, особенно в местах массового скопления остатков фауны, отмечаются многочисленные плотные карбонатные в основном кальцитовые конкреции, имеющие чаще всего шаровидную, иногда неправильно-овальную или лепешкообразную форму. Размеры их достигают 5- 10 см в поперечнике. Карбонаты образуют цемент между песчаными зернами, содержание его в различных конкрециях различно. Образование карбонатно-кальцитовых конкреций происходило на прибрежных мелководных, относительно хорошо прогреваемых участках дна моря, в то время как на больших глубинах холодные и обогащенные углекислотой воды выносили из донных осадков карбонаты. Присутствие в песчано-галечных отложениях конкреций с кальцитовым цементом также является одним из стратиграфических и корреляционных признаков. Ни в одном другом стратиграфическом горизонте плейстоценовых отложений не отмечено присутствие столь многочисленных и крупных конкреций кальцита.

2. ВОРКУТИНСКИИ ГОРИЗОНТ

Наиболее широкое, региональное распространение в пределах Большеземельской тундры, как и в пределах всей Печорской низменности, имеет мощная (от 40-60 до 100- 150 м ) толща темно-серых валунных суглинков и глин, отличающихся плохой сортированностью и содержащих частые включения гравия, гальки и редкие, в основном мелкие, валуны. В различных частях разреза данной толщи отмечаются линзы и линзовидные прослои супесей, песков, горизонтально- и ленточно-слоистых глин и алевритов. В суглинках и глинах наряду с галькой и валунами обнаруживаются обломки морских раковин, а в отдельных случаях - целые раковины и даже скопления типа «банок». Отложения горизонта почти повсеместно содержат микрофауну фораминифер, образующую устойчивые по разрезу, но более бедные в видовом отношении комплексы, чем в лежащих ниже отложениях. Как макро- так и микрофауна характерна для неглубокого, шельфового полярного моря с низкими температурами придонной воды. Об относительной близости берега моря свидетельствуют также мелкие обломки древесины, встречающиеся в суглинках.

Темно-серые, грубые, плохо отсортированные валунные суглинки содержат редкие конкреционные стяжения сульфидов железа [Данилов, Македонов и др., 1962]. Стяжения имеют чаще всего шаровидную и эллипсовидную форму, размеры их очень непостоянны и колеблются от 1- 2 мм до 3- 5 см (фиг. 2). В плохо отсортированных суглинках конкреции расположены изолированно друг от друга, преобладающие размеры их 1- 3 см . В линзах песка, песка с гравием и гравелистых галечников конкреции часто образуют скопления, приуроченные к определенным прослоям, отмечаются сростки из нескольких конкреций, некоторые конкреции насажены на поверхность галек и мелких валунов в виде бородавчатых наростов. Величина конкреций здесь, как правило, меньше, преобладающие размеры 2- 5 мм .

В разрезах темно-серых, валунных, плохо отсортированных суглинков прослеживаются закономерные и последовательные стадии развития конкреционных стяжений. В ряде случаев удается наблюдать мелкие обломки древесины, по которым развивается пирит. Встречаются небольшие конкрециевидные стяжения, сложенные мелкими кристаллами пирита, в которых под микроскопом видны остатки растительной ткани. В большинстве конкреций остатки растительных тканей не обнаруживаются, но в них всегда присутствует заметная примесь органического вещества. В отдельных случаях в ядрах конкреций под микроскопом видны раковины фораминифер.

Часто конкреционные стяжения очень слабо обособлены от вмещающего суглинка и представляют собой полуконкреционные образования. В случае наиболее полного развития конкреции имеют следующее строение: в центре - ядро, сложенное рыхлым, или слабоуплотненным мелкозернистым веществом темно-серого цвета с характерным металлическим блеском. Вокруг ядра - зона буровато-желтого, ожелезненного суглинка, переходящего по периферии в ржаво-бурый, сильно лимонитизированный суглинок.

Химический анализ конкреций (см. табл. 1, обр. 13, 25, 25а, 19, 14) показал в них большое содержание железа и серы, представленных в основном сульфидной разностью. Карбонатность конкреций незначительная. В них постоянно присутствует примесь органического вещества (4,02 %). Микроскопическое изучение шлифов показало, что ядро конкреций сложено в основном пиритом со значительной примесью зерен кварца и других минералов. Зона бурого суглинка вокруг ядра обогащена лимонитом и в меньшей степени гипсом.

Образцы конкреций были подвергнуты рентгенографическому исследованию, которое подтвердило, что они сложены преимущественно пиритом (с примесью кварца и рентгеноаморфного, очевидно, органического, вещества).

В табл. 2 приведены данные химического состава ядра конкреции бурого, лимонитизированного суглинка вокруг него и вмещающего темно-серого, плохо отсортированного суглинка. Анализ цифр показывает, что валовое содержание железа и серы закономерно уменьшается от ядра конкреции к вмещающему суглинку. Однако в буром суглинке резко увеличивается содержание миграционноспособного (растворимого в HCl) железа за счет растворения гидроокислов железа, а также повышается содержание сульфатной серы и кальция, что подтверждает наличие гипса, фиксируемого в шлифах.

Темно-серые валунные (плохо отсортированные) суглинки воркутинского горизонта, содержащие конкреционные стяжения сульфидов железа, прослежены на обширных территориях севера Печорской низменности: в районе рек Воркуты и Коротаихи на северо-востоке, в нижнем течении р. Печоры на отрезке от г. Печоры до ее устья, по всему среднему и нижнему течению р. Усы и т.д. Таким образом, можно уверенно утверждать, что конкреции сульфидов железа являются надежным коррелятивным признаком горизонта серых валунных суглинков.

Помимо стяжений сернистого железа, приуроченных к плохо отсортированным суглинкам и линзам песчано-гравелисто-галечного состава, в линзах тонкослоистых глин и алевритов присутствуют бобовины вивианита.

3. ВАШУТКИНСКИЙ ГОРИЗОНТ

Темно-серые валунные суглинки воркутинского горизонта вверх по разрезу постепенно переходят сначала в горизонтально-, иногда ленточно-слоистые глины и алевриты, выше сменяющиеся волнисто- и косослоистыми мелко- и тонкозернистыми песками, разрез которых венчается пачкой гравийно-галечных и валунно-галечных пород с прослоями валунных суглинков. Грубообломочный состав пород данного горизонта является результатом значительного обмеления морского бассейна и фиксирует регрессивную стадию его развития. В песках и ленточнослоистых алевритах отмечаются бедные в видовом и количественном отношениях комплексы микрофауны фораминифер. На некоторых участках пески содержат бедную в видовом, но богатую в количественном отношении фауну морских моллюсков.

Обмеление и лучшая аэрация придонных вод бассейна обусловливали существенное изменение характера конкрециеобразования. Для горизонтальнослоистых алевритов и глин, залегающих близ контакта с темно-серыми валунными суглинками, характерно еще наличие неповсеместно развитых бобовин вивианита.

Лежащие выше мелко- и тонкозернистые желтовато-серые пески не содержат стяжений с закисными формами железа. В них отмечаются многочисленные мелкие темно-бурые, слабоуплотненные бобовины, ржавые пятна и разводы. По многочисленным трещинам в песке отмечается слабоуплотненная корка бурого цвета, для которой характерно повышенное содержание железа и существенно меньшее, но также повышенное содержание марганца (табл. 3, обр. 501). Кроме того, в гравийно-галечных прослоях в песке отмечаются округлые, рыхлые стяжения темного (черно- и вишнево-бурого) цвета размером до 1- 2 см . Химический анализ этих стяжений показал высокое содержание в них железа и марганца (см. табл. 3, обр. 857, 859). Большая насыщенность гравийно-галечных отложений железом и марганцем на отдельных участках приводит к тому, что ими обогащаются и окрашиваются в фиолетово-сизые цвета целые линзовидные прослои песка (см. табл. 3, обр. 108).

В галечниках, перекрывающих мелкозернистые пески, кроме железисто-марганцовистых конкреций наблюдаются крупные песчано-галечные желваки, плотно сцементированные гидроокислами железа (фиг. 3). В верхней части разреза песчано-галечной толщи среди галечников и валунно-галечных отложений присутствуют прослои буровато-серого, плохо отсортированного валунного суглинка, содержащего очень редкие конкреционные стяжения сульфидов железа. Пачка валунно-галечных отложений в верхней части разреза вашуткинского горизонта развита не повсеместно. В тех разрезах, где она отсутствует, прослои валунных суглинков отмечаются в верхней части песков. В этом случае валунные суглинки также содержат конкреционные стяжения сульфидов железа (см. табл. 1, обр. 43, 31, 342). Однако для последних нередко характерно высокое содержание обломочного железа и низкая концентрация сульфидного железа и серы (см. табл. 1, обр. 43).

Разрез плейстоценовых отложений Большеземельской тундры в пределах водоразделов, исключая речные долины, заканчивается озерными глинами и торфяниками. Первые содержат многочисленные растительные остатки и торфянистые прослои. Для них характерно наличие трубчатых стяжений лимонита вдоль корешков растений (фиг. 4). Стяжения имеют древовидную форму, длина их достигает 10- 15 см , ширина поперечника 1,5- 2,0 см . В поперечном разрезе трубчатых стяжений четко прослеживается их концентрическое строение.

—

Рассматривая общие закономерности распределения конкреций по разрезу плейстоценовых отложений Большеземельской тундры, можно высказать следующие соображения. На ранних этапах развития морской трансгрессии, в период отложения сизовато-серых глин и алевритов колвинско-падимейского горизонта, море отличалось значительной глубиной и относительной тепловодностью, о чем свидетельствуют микрофаунистические и флористические комплексы. Благодаря относительно теплому и сухому климату в осадках происходит накопление карбонатов и становится возможным образование доломитовых конкреций. Донные морские осадки содержат значительную примесь органического вещества, поступающего как путем приноса с суши, так и отмирания морских организмов. В результате этого в донных осадках формируется восстановительная среда, в условиях которой образуются конкреционные стяжения сульфидов железа и бобовины вивианита

Последующее обмеление моря, приведшее к накоплению песков и галечников, обусловливает лучшую аэрацию придонных слоев морской воды, а следовательно, и донных осадков. В последних преобладает окислительная среда и накопление закисных форм железа невозможно. Прибрежные воды мелкого моря хорошо прогреваются, в результате чего происходит отложение карбонатов и формирование крупных и многочисленных кальцитовых конкреций.

Накопление темно-серых грубых валунных суглинков воркутинского горизонта происходит в условиях более холодного и более влажного климата. Карбонатные конкреции в них отсутствуют. Однако поступление органического вещества с суши, из вод и со дна моря было достаточным для того, чтобы создавать и поддерживать в осадках восстановительную среду, делавшую возможным накопление в них сульфидов железа. Центрами конкреционных стяжений сульфидов, вероятно, являлись сгустки органического вещества (древесные остатки, остатки морских организмов). Восстановительная среда характерна и для песков, накапливавшихся на определенных участках морского дна и ныне формирующих линзы в темно-серых валунных суглинках.

Пески и галечники вашуткинского горизонта накапливаются в фазу общей регрессии морского бассейна. Воды последнего хорошо аэрируются, в осадках господствует окислительная среда. Происходит образование окисных железисто-марганцовистых стяжений. В определенных застойных участках морского дна, где накапливаются маломощные прослои суглинков, в осадках создается восстановительная среда и образуются стяжения сульфидов железа.

Выявленные комплексы конкреционных стяжений, помимо их значения для целей восстановления характера и условий осадконакопления, могут быть использованы для стратиграфических целей и при корреляции удаленных друг от друга разрезов. Каждый выделенный горизонт плейстоценовых отложений характеризуется определенным составом конкреционных стяжений. Для колвинско-падимейского горизонта характерны карбонатно-кальцитовые, карбонатно-доломитовые и пиритовые конкреции. Для воркутинского характерны конкреции сульфидов железа и выделения вивианита. Для регрессивного, песчано-галечного, вашуткинского горизонта наиболее типичны железисто-марганцовистые и лимонитовые конкреции. Наконец, озерные суглинки водоразделов характеризуются наличием трубчатых стяжений гидроокислов железа.

ЛИТЕРАТУРА

Афанасьев Б.Л., Белкин В.И. Проблемы геологии кайнозоя Большеземельской тундры. В сб. «Кайнозойский покров Большеземельской тундры» Изд. МГУ, 1963.

Воллосович К.К. О стратиграфии четвертичных отложений европейского Севера. Материалы по геологии и полезным ископаемым Северо-Востока европейской части СССР. Вып. 1, Госгеолтехиздат. М., 1961.

Данилов И.Д. Плейстоценовые отложения востока Большеземельской тундры и условия их образования. Изв. АН СССР. Сер. геогр., № 6, 1962.

Данилов И.Д. Некоторые результаты изучения химического состава плейстоценовых отложений Большеземельской тундры. В сб. «Кайнозойский покров Большеземельской тундры». Изд. МГУ, 1963.

Данилов И.Д., Македонов А.В., Дембская В.И. Конкреции в толще серых валунных суглинков Воркутского района. Докл. АН СССР, т. 144, вып. 6. 1962.

Зархидзе В.С. К истории развития юго-восточной части Баренцева моря и его фауны с верхнечетвертичного времени. В сб. «Кайнозойский покров Большеземельской тундры». Изд. МГУ, 1963.

Попов А.И. Палеогеография плейстоцена Большеземельской тундры. Вестник МГУ, Сер. геогр., № 6, 1961.

Попов А.И. Плейстоценовые отложения в нижнем течении р. Печоры. В сб. «Кайнозойский покров Большеземельской тундры». Изд. МГУ, 1963.

Семенов И.Н. О находке комплекса третичной микрофауны в рыхлых отложениях Воркутской мульды. В сб. «Кайнозойский покров Большеземельской тундры». Изд. МГУ, 1963.

Ссылка на статью: 

Данилов И.Д. Конкреции в плейстоценовых отложениях Большеземельской тундры // Литология и полезные ископаемые. 1968, № 3, с. 120-128.