Обстановка накопления железных руд Керченского полуострова в свете радиогеохимических данных

Осадочные железные руды Керченского п-ова залегают в корытообразныx синклиналях на глубине первые десятки метров от поверхности. Известны аналогичные руды и в пределах Таманского п-ова. Источником металла для этих руд исследователя единодушно считают Украинский щит. Правда, при значительных размерах Украинского щита и при значительных размерах киммерийского морского бассейна, простиравшегося в широтном направлении примерно от г. Очакова до г. Таганрога, накопление железных руд происходило только в центральной части бассейна между меридианами гг. Феодосии и Анапы. Каковы же были геохимические условия рудоотложения?

Нами сделана попытка оценить условия образования железных руд на основе радио геохимических данных. Для этого были определены кларковые содержания урана и тория в железных рудах а во вмещающих породах. Пробы отбирались из действующих карьеров и из керна картировочных скважин. Определения урана были выполнены люминесцентным методом с таблеточным окончанием, порог чувствительности которого составляет 0,2*10в-4 %, или 0,2 г/т. Тории определен рентгеноспектральным методом, у которого порог чувствительности равен 2,0*10в-4 %, или 2,0 г/т. Осредненные результаты анализов приведены в таблице, где все породы расположены в стратиграфической последовательности.

Из таблицы видно, что содержание урана в рассматриваемых породах Керченского п-ова не выходит за пределы обычного его содержания в илистых осадках современных открытых и внутриконтинентальных морей, в которых, по данным, содержание урана колеблется от 1 до 4 г/т.

В нашей случае содержание урана закономерно возрастает вверх по разрезу от нижнекиммерийских карбонатных глин вплоть до серых мергелистых глин в основании куяльницкого яруса, а затем резко падает в куяльницких песках. При этом литология изменяется не по линейному, а по циклическому закону: нмжнекиммерийские карбонатные глины сменяются выше глинами бескарбонатными, потом в них появляются песчаный материал и прослои железных руд, затеи отложился пласт железной руды; выше в несколько сокращенном виде наблюдается обратная последовательность слое» - верхнекимерийские песчанистые глины сменятся мергелистыми серыми глинами куяльницкого яруса.

Наблюдаемая последовательность пород достаточно хорошо совладает с распределением тория. Его содержание относительно невелико в нижних и верхних карбонатных глинах, возрастает в глинах песчанистых и железосодержащих, а максимум приходится на алевритистые глины, подстилающие железорудный пласт. В покровных песках куяльницкого яруса содержание тория, как и урана, резко падает.

Для интерпретации выявленного распределения радиоэлементов надо учесть геохимические особенности урана и тория. В восстановительной среде уран и тории четырехвалентны, относительно малоподвижны, способны изоморфно замещать друг друга, редкоземельные элементы и кальций в решетках акцессорных минералов. В окислительной среде торий остается четырехвалентным и малоподвижным, миграция его происходит преимущественно механически в виде тонкого обломочного материала или в виде глинистых взвесей. Уран в окислительной среде переходит в легкоподвижную шестивалентную форму и мигрирует преимущественно в виде уранил-иона с водными растворами. Для его фиксации нужна восстановительная обстановка.

С учетом изложенного, можно полагать, что в киммерийское время накопление осадков в синклиналях Керченского п-ова происходило в процессе медленного опускания их дна, вследствие чего в илистых осадках уменьшалось содержание кислорода и постепенно возникала глеевая восстановительная обстановка, что и отразилось на последовательном увеличении содержания урана. Максимально благоприятные условия фиксации создались в начале куяльницкого века, когда отлагались слабокарбонатные или, содержавшие также отмершую органику. В это время на дне могли совмещаться глеевая, карбонатная и сорбционная восстановительные обстановки, Л.С. Евсеева и др., со ссылкой на ряд исследователей, отмечают, что максимум сорбции урана на разнообразных природных сорбентах происходит при рн=6,0. В частности, в присутствии карбонатов максимум сорбции гидроокислами железа происходит при pH =5,3. Видимо, близкое к этой цифре значение pH имело место на дне киммерийского бассейна, Значение окислительно-восстановительного потенциала для современных осадков Черного моря, по данным О.А. Сорокина, составляет -2Б6 мВ, а Г.В. Наумов и др, дают еще более низкие значения - до -400 мВ. Ho эти цифры характерны для условий сероводородного заражения. При отсутствии такового, значения окислительно-восстановительного потенциала близки к нулю и могут быть как положительными, так и отрицательными.

Привнос и осаждение торийсодержащих взвесей мало зависел от геохимической обстановки на дне аккумулятивного бассейна, тогда как условия механической обработки и истирания частиц на путях транспортировки играли существенную роль. Очевидно, эти условия были оптимальными в период, непосредственно предшествовавший образовании железньх руд, когда отложился пласт алевритистых глин. Исходя из его состава, в это время в осадочном бассейне отлагались и глинистые частицы и более крупные торийсодержащие продукты разрушения кристаллических пород щита. Это свидетельствует о заметной разнице высот между областями сноса и аккумуляции, но не настолько большой, чтобы в центральную часть бассейна выносился песок. В то же время, глубина бассейна еще не была максимальной, поскольку не достигли максимума содержания урана.

Для времени накопления железных руд обстановка осаждения урана была ближе к наиболее благоприятной, тогда как для тория она ухудшилась. Видимо, опять уменьшилась разница высот между областью денудации и базисом эрозии, хотя дно аккумуляционного бассейна продолжало погружаться. Это же подтверждает и привнос в бассейн значительного количества железа.

Резкое усиление при вноса в аккумулятивный бассейн железа при более равномерном привносе урана и тория свидетельствует, главным образом, о колебаниях климатических условий в области сноса, т.е. на Украинском щите. В понтическое время железа с суши практически не поступало, что свидетельствует о господстве на вей окислительной обстановки. В нижнекиммерийское время началось заболачивание области сноса, и окислительная обстановка начала сменяться слабоглеевой, вследствие чего поверхностные воды начали выносить двухвалентное железо. В среднекиммерийское время болота в области денудации получили максимальное развитие и поступление железа в бассейны аккумуляции стало максимальным - оно отложилось в виде пласта бурых железных руд. А значительное заболачивание в области сноса могло произойти лишь при сглаженном рельефе и замедленном стоке поверхностных вод, что подтверждает приведенный тезис об уменьшении разности высот между областью денудации и базисом эрозии.

В верхнекиммерийское время обстановка в области денудации опять сменилась на окислительную и прекратился массовый вынос железа с поверхностными водами. В конце куяльницкого времени произошло общее поднятие Причерноморья, благодаря чему береговая линия отодвинулась на, юг и в обмелевших морских бассейнах Керченского п-ова отложились хорошо перемытые и отсортированные кварцевые пески, не содержащие ни радиоэлементов, ни железа.

В заключение необходимо поблагодарить геологов крымских геологических организации Г.И. Милевского, Е.С. Захарову, Е.П. Горяинова за существенную помощь в подборе кернового материала, который использован при написании данное работы.