12. Геохимия галогенеза

В замкнутых и полузамкнутых водоемах аридных областей благодаря преобладанию испарения над выпадающими осадками соленость вод прогрессивно увеличивается, создаются пересыщенные растворы, из которых начинается последовательное отложение солей. Возникают отложения, которые названы эвапоритами, а сам процесс - галогенезом. Общие закономерности их отложения изучены Я.Вант-Гоффом, Н.С.Курнаковым, М.Г.Валяшко, Г.Борхертом. Первые исследования последовательности отложения солей из морской воды были выполнены И.Узилио. В дальнейшем, особенности этого процесса были детализированы М.Г.Валяшко (1962).

Солеродные бассейны.Бассейны, в которых идет отложение эвапоритов, называют солеродными. Масштабное отложение эвапоритов в геологической истории Земли происходило в кембрии, девоне, перми, юре, мелу и неогене. Солеродные бассейны могут быть не только морского происхождения. Они возникают также и в результате постоянного привноса реками солей в бессточные озера. Процесс отложения солей в них носит название континентального галогенеза.

Морской галогенез. Исследования И.Узилио, Н.С.Курнакова, М.Г.Валяшко показали, что первым, при сгущении морской воды в солеродных бассейнах выпадает карбонат магния (отложение карбоната кальция происходит из морских нормальной солености), затем сульфат кальция. Гипс начинает осаждаться при солености в 3,5 раза большей, чем у нормальной морской воды и при температуре ниже 42⁰С (при более высокой температуре осаждается ангидрит). После сокращения объема нормальной морской воды в 10 раз (примерно до солености 330 г/л) начинается отложения галита. При еще большем сгущении из раствора (рапы) начинают осаждаться сильвин, далее карналлит. И завершается галогенный процесс отложением бишофита.

Типичных солеродных бассейнов с галогенезом морского типа в настоящее время на земной поверхности нет, за исключением небольшого залива в Перу (залив Бокана-де-Вирилла длиной 20 км). Начальные стадии галогенеза реализуются также в своеобразных береговых заливах Красного моря и Персидского залива - себкхах (рис. 7)

Рис. Себха на южном побережье Персидского залива (по В.Н.Холодову, 2004)

1 – суша, 2 – себкха, 3 – водорослевые маты, 4 – пелетты и илы, 5 – пелетты, грейстоны и скелетные пески, 6 – оолиты, 7 –органогенные рифы и кораллово-водорослевые постройки, 8 – скелетные пески, 9 - глубина, морские сажени.

настоящее время существуют две концепции галогенеза, которые считаются взаимоисключающими (Фивег, 1981 и др.).

Согласно классическим представлениям галогенез – нормальное осадочное накопление сульфатных и соляных толщ вследствие упаривания морской воды или континентальных вод в солеродном бассейне. Причем вариации в составе галогенных толщ объясняются метаморфизацией вод в солеродных бассейнах.

Другая концепция предполагает глубинное происхождение солей (Порфирьев, 1961, Кудрявцев, 1966, Созанский, 1973 и др.) за счет поступления хлоридов натрия, калия и других солей из мантии в виде ионных растворов. Имеющийся геологический материал позволяет утверждать о существенном преобладании в происхождении солей процесса эвапоритизации, однако в ряде случаев нельзя сбрасывать со счетов и эндогенное поступление некоторых компонентов (например бора и др.).

Наиболее характерными эпохами галогенеза в истории Земли являются кембрийская, девонская, пермская, юрская, меловая и неогеновая. Кембрийский солеродный бассейн на Сибирской платформе занимал почти два миллиона квадратных километров, раннепермский (кунгурский) Прикаспийский – шестьсот шестьдесят тысяч квадратных километров.

Морские солеродные бассейны с рапой хлоридного типа. Среди ископаемых соленосных формаций известны те, что отличались соленакоплением из рапы хлоридно-кальциевого типа (системаNaCl–KCl–MgCl₂ –CaCl₂–H₂O): кембрийский Восточно-Сибирский, девонский Днепрово-Донецкий и Припятский, нижнемеловые Бразильский и Габонский (Западно-Африканский) и др. В их отложениях отсутствуют сульфаты магния, а заключительные стадии галогенеза в некоторых из них представлены чрезвычайно гигроскопичным минералом тахгидритом – 2MgCl₂^.CaCl₂^.H₂O.

Континентальный галогенез. Континентальный галогенез подразумевает отсутствие питания солеродных бассейнов морскими (океаническими) водами или при резком преобладании континентальных вод. В настоящее время такими бассейнами являются озера и заливы внутриконтинентальных морей. Типичным из них является залив Карабогаз-гол, Эльтон, Индер и др. Потенциальные возможности накопления солей в бессточных континентальных водоемах можно судить по величине современного ионного стока в Аральское море, куда ежегодно поступает 8,8 млн. тNaClи 13 млн. т сульфатных солей (Байков, Седлецкий, 1997).

Масштабы континентального соленакопления, его особенности и полнота определяются ландшафтно-климатическими, структурно-геологическими и тектоническими факторами. Они определяют величину водно-солевого стока в них, размеры бассейна и их гидрохимический тип. Химический состав вод в континентальных солеродных бассейнах весьма разнообразен. Здесь установлены воды карбонатного, сульфатного и хлоридного типов. В группе сульфатных вод преобладают сульфатно-натриевый и сульфатно-магниевый. Разнообразие химизма вод определяет большое разнообразие породообразующих минералов в континентальных соленосных отложениях по сравнению с морскими. В то же время в континентальных условиях возможно формирование рассолов «ложного морского облика» (Жеребцова, 1977). Однако такие рассолы обеднены бромом относительно вод морского генезиса. Примером такого типа растворов являются воды оз. Эльтон, сформировавшиеся за счет выщелачивания солей солянокупольной структуры одноименного названия. Ископаемые континентальные соленосные формации редки. Они известны в межгорных впадинах Тянь-Шаня (миоценовго возраста), в Китае, Канаде и др.

Минеральный состав ископаемых континентальных галогенных формаций содового типа: трона, сода, нахколит, давсонит, термонатрит, и другие минералы.

Полезные ископаемые соленосных бассейнов. С галогенными отложениями связаны месторождения калийных и магниевых солей, каменной соли, рассолов с высокими содержаниями бора, брома рубидия и лития. В кепроках солянокупольных структур известны скопления самородной серы. В последние годы в калийных месторождениях установлены существенные содержания платиноидов и золота, генезис которых пока еще остается спорным.

Значительное прогибание, бескислородные условия регионов соленакопления обусловливает в соленосных бассейнах генерацию, эмиграцию и аккумуляцию углеводородов. Кроме того в солеродных бассейнах может захороняться много органического вещества, привносимого океанической водой. Бескислородные условия и большие скорости накопления галогенов способствует тому, что ОВ фоссилизируется в неокисленном состоянии. Это обеспечивает наиболее полное его преобразование его в УВ. Приуроченность многих областей соленакопления к рифтовым зонам обусловливает повышенный тепловой поток, связанный с «восходящими конвекционными токами мантийного вещества и раздувами астеносферного слоя».

Малые элементы в галогенных породах. Малые или акцессорные элементы, входящие в состав галогенных пород Н.М.Страхов (1962, 1963) разделил на две группы:Beкластофильные и галофильные. Кластофильная группа представленаFe,Mn,P,V,Cr,Ni,Co,Pb– теми же элементами, что и в гумидном типе осадочного процесса, поступающими в бассейн с терригенными частицами. Главная форма их поступления в бассейн – механическая взвесь. Они не входят в кристаллическую решетку галогенных минералов, а их количество определяется количеством терригенной примеси. Галофильную группу образуютF,Sr,B,Br,J,Rb,Cs,Li. Они находятся в морской воде в растворенной форме и накапливаются по мере ее сгущения. В 1995 году были опубликованы две работы А.Ф.Сметанникова и А.И.Кудряшова о присутствии в Верхнекамском месторождении калийных солей золота, серебра и платиноидов. Основная их часть связана с нерастворимым остатком, но генезис их не совсем ясен.

Формы залегания соляных масс на больших глубинах. Формы залегания соляных масс на больших глубинах в Прикаспии по геофизическим данным, являются крупные соляные валы, ориентированные параллельно основным линеаментам подсолевого ложа. Располагающие выше соляные структуры как бы осложняют тело соляного вала и прослеживаются от него в виде штоков и апофиз (рис. 9). Высота штоков, проникающих в разные горизонты доплиоценового чехла достигает 8-9 км. Количество соляных структур в Прикаспии составляет по разным данным от 1200до 1600.

.

Рис. 9. Фрагмент геологического разреза солянокупольной структуры Эльтон

Условные обозначения: 1 – надсолевой комплекс пород, 2 – гипс-ангидритовый кепрок, 3 - 5 каменная соль, 6 – 8 – калиеносные пласты, 9 – забои буровых скважин.