Палеографические условия формирования ястребовской свиты на юго-востоке Воронежской антеклизы

А.В. Бурдастых, ФГУГП “Воронежгеология”

Территория Воронежской антеклизы в целом, в том числе Павловской площади, отнесена к категории перспективных на алмазы. Прогнозируемые кимберлиты и вмещающие их породы неоднократно выводились на дневную поверхность, размывались, поставляя материал в области осадконакопления. Определение локализации кимберлитовых полей и оценка степени их перспективности должна базироваться на анализе распределения минералов-спутников алмазов в промежуточных коллекторах, одним из наиболее информативных считается ястребовский.

Отложения ястребовской свиты, представленные преимущественно песчаниками и алевролитами, в том числе вулканогенно-осадочными и вулканомиктовыми, с подчиненными прослоями глин (аргиллитов), распространены почти по всей рассматриваемой площади (рис. 1). На большей ее части они залегают на породах старооскольского горизонта живетского яруса и только вблизи современной границы выклинивания непосредственно на кристаллических образованиях архейско-протерозойского фундамента. При наличии в разрезе горизонта отложений муллинской свиты, нижняя граница ястребовской свиты не имеет отчетливых следов размыва и проводится по литологическим признакам, в частности по появлению в разрезе светлосерых до белых, часто каолинизированных, алевритов и песков. Этот же признак используется и в случаях полного или частичного размыва отложений муллинской свиты. Проведение нижней границы облегчается там, где подстилающими образованиями являются карбонатные отложения ардатовской свиты. Четко граница устанавливается в разрезах ястребовской свиты с преобладанием вулканогенноосадочных и вулканомиктовых пород.

На большей части территории перекрывающими образованиями являются отложения чаплыгинской свиты, граница с которыми также проводится по литологическим признакам: увеличению в разрезе роли глин зеленовато-коричневой окраски. Разрез ястребовской свиты в целом характеризуется переслаиванием песчаников, алевролитов и глин, в большинстве районов содержащих оолиты гидрогетит-сидерит-лептохлоритового состава, реже углефицированные растительные остатки; изредка встречаются раковины беззамковых брахиопод (Lingula). Мощности прослоев отдельных типов пород изменяются от нескольких мм до первых метров, наименьшие мощности характерны для глин и аргиллитов.

На юго-востоке территории и центральной части, в зонах Лосевско-Мамонского и Новохоперского разломов ястребовское время ознаменовалось проявлением эксплозивной вулканической деятельности. Продукты эксплозивных выбросов оказали существенное влияние на характер осадконакопления на всей площади и определили характерный облик пород ястребовской свиты Их мощность не превышает 46 м, а собственно вулканических отложений-25м, и составляет на большей части территории 5-20 м. (рис. 2). И.Н.Быков и В.А.Канцеров [1] выделяют 6 пачек с четкими границами напластований, соответствующих стадиям эксплозивной вулканической деятельности. Осадочные породы, среди которых преобладают аргиллиты, слагают прослои между вулканогенными пачками, фиксируя периоды затишья вулканической деятельности, и преобладают на периферии площади распространения вулканогенных пород. Участки с максимальными мощностями вулканогенных пород локализованы в виде разобщенных полей изометричной формы, вблизи разломов, где существовали вулканические аппараты и отмечается наибольшая размерность обломков вулканического материала [2].

Несмотря на разнообразие фациальных обстановок в ястребовское время, количество типов пород, слагающих свиту, довольно ограничено. Ниже приводится их обобщенная характеристика с указанием тех или иных особенностей, присущих породам определенной фации.

Наибольшим распространением по площади и в разрезе пользуются песчаники, среди которых по составу можно выделить три основных типа: слюдисто-кварцевые, олигомиктовые (включая полевошпат-кварцевые) и вулканомиктовые.

П е с ч а н и к и слюдисто-кварцевого состава распространены преимущественно в западных районах, где представлены мелко- и среднезернистыми разностями с глинистым (каолинитовым или гидрослюдисто-каолинитовым) цементом базального или (реже) порового типа. Более грубообломочный материал для пород не характерен. Лишь в нижней части отдельных разрезов, расположенных в пределах положительных форм доястребовского рельефа, устанавливается примесь зерен крупной песчаной фракции, реже - гравия и мелкой гальки ожелезненных осадочных пород и кварца. Обломочный материал, как правило, хорошо отсортирован, характерна светло-серая до белой окраска, обусловленная присутствием каолинита.

Описанные песчаники тесно связаны с о л иг о м и к т о в ы м и, в основном, полевошпаткварцевыми разностями. Обломочный материал мелко,-среднезернистый, средней сортированности и окатанности. Цвет пород чаще светло-серый, серый с зеленоватым или голубоватым оттенком, реже серовато-зеленый, нередко отмечаются охристо-желтые и красные пятна.

Песчаники двух вышеназванных типов обладают горизонтальной слоистостью. Косая слоистость отмечается редко и наблюдается, как правило, в песчаниках, слагающих нижнюю часть разреза. Для песчаников и, особенно, алевролитов, образовавшихся в прибрежной, озерной и лагунной обстановках характерно присутствие углефицированного растительного детрита, придающего породам темносерую окраску и подчеркивающим их слоистость. Изредка наблюдаются раковины беззамковых брахиопод.

В у л к а н о м и к т о в ы е разности песчаников распространены в виде прослоев различной мощности довольно широко. Песчаники имеют зеленовато-серый до грязно- и табачно-зеленого, реже темно-серый, цвет. В результате вторичных изменений местами наблюдается пестрая (охристо-желтые и красно-бурые пятна) окраска. Обломочный материал обычно представлен неокатанными (с незначительной примесью окатанных) зернами кварца, обломками пелитизированых полевых шпатов (чаще плагиоклазов);туфов основного состава, разноокатанными (от угловатых до округлых) аргиллитов, песчаников, иногда известняков, сланцев и интрузивных (чаще гранитоидных) пород. Соотношение между перечисленными составными частями легкой фракции непостоянно и находится в зависимости от расположения конкретного разреза относительно центров вулканизма. Степень сортировки материала изменяется от плохой вблизи вулканов, до хорошей в периферийных районах распространения отложений.

Среди песчаников присутствуют разности от мелко,- среднезернистых до крупно- и грубозернистых, с переходом к гравелитам и мелко,- среднеобломочным конгломератам. Последние два типа пород имеют ограниченное распространение и присутствуют в виде маломощных (0,3-1,0 м) линз. Породы горизонтально слоистые, в нижней части разреза часто волнисто- или косослоистые под углом 5-15о содержат углефицированный растительный детрит, местами образующий линзовидные прослойки до 0,5 см; изредка наблюдаются крупные остатки растений (фрагменты стеблей, стволов). Г л и н ы (а р г и л л и т ы) распространены в основном в зоне устойчивого мелководья на севере и востоке территории, где вместе с алевролитами почти целиком слагают разрез свиты. На опресненный характер бассейна указывает присутствие в отложениях остатков лингул. В пределах прибрежной равнины они наблюдаются в виде маломощных, обычно не более 0,1-0,2 м, линз на разных уровнях разреза, однако наиболее характерны для его нижней части.

Породы обычно сероцветные, нередко с голубоватым, зеленоватым или коричневатым оттенком той или иной интенсивности, местами, чаще всего в верхней части разреза, пестроокрашенные (пятна бурого, кирпично-желтого или красного цвета). При значительном содержании углефицированного растительного детрита породы приобретают темно-серый, до черного, цвет; местами детрит образует линзовидные прослойки мощностью 0,5-1 мм, редко до 1-2,5 см. Наибольшее обогащение им характерно для отложений нижней, базальной части разреза, к которой местами приурочены линзы (до 10 см) лигнитов, изредка наблюдаются отпечатки листьев. Глины содержат примесь алеврито-мелкопесчаного материала, состоящего в основном из угловатоокатанных зерен кварца; содержание полевых шпатов обычно не превышает 1%. При переслаивании глин с алевролитами граница между ними постепенная. Общее увеличение содержания алевритопесчаного материала отмечается по направлению к области денудации, последний часто наблюдается и в виде небольших линз и гнезд.

Глинистый материал в основном представлен каолинитом, содержание которого достигает 80%, иногда в заметных количествах отмечается хлорит, который, наряду с каолинитом и гидрослюдой, является породообразующим минералом [3]. Породы часто обнаруживают горизонтальную, в прибрежной зоне волнистую или линзовидную, слоистость. Местами глины содержат небольшое количество железистых оолитов.

В у л к а н о г е н н о - о с а д о ч н ы е породы распространены в зоне Лосевско-Мамонского и Новохоперского разломов и оперяющих его нарушений, где наблюдаются в виде линз среди нормальноосадочных отложений. Наиболее локальное развития имеют грубообломочные разности пород, обычно кластолавы и туфы. [4].

Среди т у ф ф и т о в выделяются зеленоцветные и пестроцветные разновидности. Первые из них характерны для нижней части разреза ястребовской свиты. В составе обломочного материала присутствуют эффузивные породы (30-67%), кварц (2-12%), полевые шпаты (1-7%), сидерит (1-11%), а также рудные минералы (2-12%). Размер обломков колеблется в значительных пределах, преобладающая форма - округлая или угловато-округлая. Цементирующая масса состоит из хлоритизированного вулканического стекла, глинистых минералов и сидерита.

Пестроцветные туффиты, залегающие выше по разрезу, имеют в основном желтовато-бурую окраску. По сравнению с вышеописанными они несут явные следы вторичных изменений: обломки эффузивных пород и значительная часть связующей массы замещены глинистыми минералами. Рудные (до 5%) представлены теми же минералами, что и в зеленоцветных туффитах, но значительная часть ильменита лейкоксенизирована и также образует мелкие линзочки. Более широкое распространение имеют породы, в которых содержание пирокластического материала менее 50%. Среди них чаще всего встречаются мелко-среднезернистые линзовиднослоистые т у ф о п е с ч а н и к и.

По данным А.С.Касатова и М.В.Михайлова (1995 г), среди терригенных тяжелых минералов преобладают рудные (обычно более 75%), основную часть которых составляет ильменит, в меньшем количестве содержатся магнетит и хромшпинелид. Для изучаемой территории характерно присутствие пикроильменита, одна из разновидностей которого по своему химическому составу может рассматриваться в качестве минерала-спутника алмаза.

Среди прозрачных минералов повсеместно доминирует циркон, в подчиненном количестве присутствуют турмалин, ставролит, альмандин, рутил, кианит, апатит. Большинство перечисленных минералов объединяет устойчивость к процессам выветривания и транспортировки. По данным В.А.Канцерова [5], в тяжелой фракции вулканогенно-осадочных пород в виде редких знаков были встречены муассанит и монацит, в туфопесчаниках Калачеевского участка установлено присутствие остроугольного зерна (размер 0,25 мм) пиропа бледно-малинового цвета с фиолетовым оттенком.

Самые высокие концентрации рудных минералов (ильменита) до 260 кг/т характерны для участков локального распространения пород околожерловой фации. Кроме ильменита и магнетита, к продуктам эксплозивной деятельности относятся хромшпинелиды, оливин, муассанит, апатит (фторапатит), циркон (розовато-желтые кристаллы цирконового облика с включениями ильменита, грязножелтые с бледно-зеленоватым оттенком дипирамидальные кристаллы, бесцветные обломки овальной и изометричной формы с черепитчатой поверхностью), оливин, пироп, пироксены.

Центральная часть площади на междуречье Дона и Толучеевки характеризуется наличием в разрезе вулканогенно-осадочных пород, наиболее грубообломочные разности которых (средне- и крупнообломочные туфы, туфобрекчии, туфоконгломераты), накапливались вокруг центров извержений. Для разреза характерно чередование этих пород с нормально-осадочными отложениями - разнозернистыми до грубозернистых песчаниками, алевролитами, реже аргиллитами, формировавшимися в прибрежно-морских условиях слабой (III А), а также средней и активной гидродинамических сред (III БВ). Значительная роль в разрезах принадлежит вулканомиктовым разновидностям. Местами отчетливо проявляется ритмичное строение разреза (рис. 3).

На основании этих данных намечаются места вероятного расположения вулканов, в частности, в районах пос. Н. Мамон, Раздорный, Шкурлат, Заосередские и Гаврильские Сады (см.рис. 1).

По количественному соотношению материала, выброшенного при извержениях, в этом районе возможно выделение нескольких фациальных подзон.

О к о л о ж е р л о в а я фациальная подзона, площадью в первые кв. километры образовывает ядра вулканических построек (островов) и сложена туфами, туффитами.

П р о м е ж у т о ч н ы е осадочновулканогенные подзоны окаймляют предполагаемые жерла и образуют надводные части вулканических островов, где терригенное осадконакопление было полностью подавлено. С к л о н ы вулканических построек слагались туфами, туффитами, лавобрекчиями различного состава. Подзоны п о д н о ж и й вулканических построек обнаруживают незначительную примесь терригенного материала (первые проценты) и несут следы субаэральной переработки отложений.

Фациальный профиль ястребовских отложений

Ш л е й ф ы вулканогенно-осадочных образований обрамляли острова и образовывали обширные отмели протяженностью в десятки километров. В литоральной зоне островов накапливались туфоконгломераты, туфогравелиты с развитой горизонтальной и косой слойчатостью, градационной слоистостью, сортированные по гранулометрическому составу. На отмелях между ними накапливались грубо- и крупнозернистые туфопесчаники с прослоями мелко,-среднезернистых разновидностей. Вблизи центров извержений концентрировалась и большая часть выброшенных рудных минералов. У д а л е н н ы е от вулканов фациальные подзоны распространены в северной и центральной частях площади, где накапливались туфопесчаники, туфоалевролиты, туфоаргиллиты с прослоями вулканомиктовых песчаников, содержащих угловатоокатанные обломки аргиллитов. Характерна, ритмичность разреза, что указывает на неспокойную, часто изменяющуюся обстановку осадконакопления, способствующую размыву продуктов деятельности и их значительному разносу по площади. По мере удаления от областей вулканизма и области размыва получают развитие песчано-алевритовые осадки формировавшиеся в аллювиальных (VБ) переходных (IVБ), а также мелководно-морских условиях со средней и активной гидродинамической активностью среды (III БВ).

На западе территории и по южной периферии вулканической области располагалась п р и б р е ж - н а я р а в н и н а, временами затопляемая морем. Основная часть разреза здесь сложена песчаными, алеврито-песчаными отложениями слюдисто-кварцевого состава, формировавшими в аллювиальных условиях, глины (аргиллиты) встречаются спорадически. Местами отложения содержат повышенные концентрации рудных минералов.

На северо- востоке и локально на севере разрез ястребовской свиты сложен алевритами и алеврито-глинистыми породами, образовавшимися в мелководно-морских условиях слабой (IIА), а также средней и активной гидродинамической среды (IIБВ). В основном это мелко,-среднезернистые слюдисто-кварцевые пески, полимиктовые песчаники и алевролиты с прослоями глин (аргиллитов). Часто преобладающую роль в разрезе занимают аргиллиты. Влияние ястребовского вулканизма здесь было минимальным. На опресненный характер бассейна указывает присутствие в отложениях остатков лингул. Частое, местами ритмичное, переслаивание разных типов пород свидетельствует о периодических изменениях уровня бассейна. Поступление в его акваторию соединений железа в обстановке преобладающей восстановительной среды обусловило интенсивное образование сидерита (в виде оолитов, стяжений, линз, цементирующей массы пород) и, в меньшей степени, пирита.

На юго-востоке устанавливается весьма значительное отличие палеорельефа ястребовского времени, восстановленного по методу В.А.Котлукова (рис. 4 а) и современного рельефа подошвы ястребовской свиты (рис. 4 б). Для последнего отмечается общее понижение в восток-юго-восточном направлении от центра Павловской площади и гораздо более крутое в южном и юго-западном направлениях. Для восстановленного на конец ястребовского времени рельефа характерно пологое широкое понижение северо-восточного падения, осложненное мелкими положительными и отрицательными формами.

Южные и юго-западные районы в рассматриваемое время занимала область денудации, представленная местами низменной равниной, сложенной песчано-глинисто-карбонатными отложениями среднего девона и сменявшейся далее к югу невысоко приподнятым пенепленом, образовавшимся на кристаллических породах архейско-протерозойского фундамента с корой выветривания на них [6]. Граница между этими двумя типами рельефа контролировалась положением разломов субширотного и северо-западного простирания.

Приведенные данные о характере восстановленного рельефа, в сочетании с материалами по литологическим особенностям отложений и их мощностям, позволяют наметить для ястребовского времени две основные стадии в развитии и характере процессов седиментации.

В течение первой, начальной стадии, характеризующуюся отсутствием вулканогенных осадков, большая часть рассматриваемой территории представляла собой прибрежную аккумулятивную равнину. Ее поверхность была осложнена разветвленной сетью широких, неглубоко врезанных долин и обширных озерных котловин. Трансгрессия, судя по всему, имела прерывисто-поступательный, а сначала и ингрессионный, характер. На постепенное затопление указывает практически повсеместное отсутствие отчетливо выраженного базального горизонта.

Во вторую стадию развития море трансгрессировало в пределы наиболее возвышенной части территории, до этого времени представлявшей собой прибрежную равнину. Медленное прерывистопоступательное продвижение береговой линии вглубь зоны обусловило значительный размыв и переотложение ранее образовавшихся здесь озерноаллювиальных осадков; последние, вероятно, сохранились только в наиболее переуглубленных частях речных долин.

Для второй стадии характерным являлось интенсивное, но периодическое проявление вулканической деятельности, обусловленной активизацией тектоно-магматических процессов в Днепровско-Донецком авлакогене. В пределах рассматриваемой территории вулканическая деятельность проявилась в зонах Лосевско-Мамонского и Новохоперского разломов, сопряженных с основными тектоническими нарушениями авлакогена.

Подводя итог рассмотрению особенностей отложений ястребовской свиты и условий их образования можно отметить, что наиболее благоприятные обстановки для концентрации полезных компонентов, в том числе и возможных минералов- спутников алмазов, в первую стадию ястребовского времени существовали в пределах прибрежной равнины и в прибрежной зоне моря, где происходила разгрузка переносимого реками терригенного материала.

Во вторую стадию развития благоприятные условия сохранились, очевидно, только на прибрежной равнине, в пределах которой значительная часть образовавшихся озерно-аллювиальных осадков при трансгрессии моря подверглась размыву и последующему переотложению в прибрежной зоне бассейна. Все это способствовало большей окатанности терригенного материала, включая и минералыспутники.

В пределах Павловской площади в отложениях ястребовской свиты по химическому составу и морфологическим признакам выделяются два типа пикроильменита, условно названные «ястребовским» (I тип) и «осетровским» (II тип). Зерна обоих типов встречаются во всех горизонтах осадочного чехла, начиная со среднего девона, кончая четвертичными отложениями.

«Ястребовский» - пикроильменит по морфологии зерен и химическому составу аналогичен пикроильмениту из туфов основного состава ястребовского горизонта, которые описаны в работах И.Н. Быкова и В.А. Канцерова [1,2,5,7]. Он не является продуктом дезинтеграции кимберлитов, и в дальнейшем при характеристике минералов – спутников алмазов по возрастным горизонтам нами не рассматривается.

«Осетровский» - пикроильменит назван по месту его первой находки, в районе села Осетровка. По морфологическим признакам и особенностям химического состава «осетровский» пикроильменит схож с пикроильменитом [8] из кимберлитов и на основании этого отнесен нами к минералам– спутникам алмазов. Из последних установлены также хромшпинелиды и хромдиопсиды в виде единичных знаков.

Заканчивая характеристику ястребовского промежуточного коллектора можно сделать следующие основные выводы:

1. Формирование пород ястребовского промежуточного коллектора происходило преимущественно в прибрежно-равнинных и прибрежно-морских условиях.

2. Общий облик отложений определяется влиянием эксплозивного вулканизма, проявленного со второго этапа осадконакопления. В морских условиях вулканогенный материал перерабатывался, что определило механический износ и хорошую гранулометрическую сортировку спутников. 3. Основная область сноса располагалась на юге и юго-западе, и была сложена интенсивно выветрелыми среднедевонскими осадочными и докембрийскими кристаллическими породами.

4. Общая палеогеографическая ситуация ястребовского времени предполагает местное происхождение повышенных концентраций пикроильменита, которые можно связать с неустановленными источниками в пределах крупного поднятия на юге и юго-западе площади и, вероятно, среди локальных поднятий в центре площади.

Список литературы

1. Быков И.Н., Канцеров В.А. Полезные ископаемые вулканогенных и вулканогенноосадочных пород // Полезные ископаемые Воронежской антеклизы. - Воронеж, 1989. – С. 100-117.

2. Быков И.Н., Канцеров В.А. Новые данные о строении вулканогенных образований ястребовского горизонта Воронежской области // Литология и стратиграфия осадочного чехла Воронежской антеклизы. -Воронеж, 1974. –С.40-41.

3. Савко А.Д. Глинистые породы верхнего протерозоя и фанерозоя. -Воронеж, 1988. -47 с.

4. Одокий Б.Н., Бунеев В.Н., Беляев В.И., Проявление верхнедевонского вулканизма на юге Воронежской области // Тр. 3-го совещ. по проблеме изучения Воронежской антеклизы. -Воронеж, 1966. –С. 208-212.

5. Канцеров В.А. Ильменитоносные вулканогенно-осадочные породы позднего девона юго-востока Воронежской антеклизы: Автореф. дис. ... канд. геол.- минерал. н. –Харьков, 1984. –23с.

6. Савко А.Д., Додатко А.Д. Коры выветривания в геологической истории Восточно-Европейской платформы. -Воронеж, 1991. –232 с.

7. Быков И.Н. Верхнедевонские базальты юго-восточной части Воронежской антеклизы. Воронеж, 1975. -134с. 8. Гаранин В.К., Кудрявцева Г.П., Сошкина Л.Т. Ильменит из кимберлитов. -М., 1984. -240с.