Зоны тяжелых минералов

То, что осадочные породы различного возраста даже в одном и том же районе характеризуются различными ассоциациями тяжелых минералов, является общепризнанным фактом. Вначале предполагалось, что изменения минералогии связаны с появлением (в результате размыва и обнажения) нового источника сноса в распределяющей провинции. Если это так, то набор тяжелых минералов, образовавшихся в данный конкретный момент времени, уникален и все пески, несущие их в пределах определенного бассейна, одновозрастны. Поэтому тяжелые минералы считались важным средством стратиграфической корреляции.

Ho, как показали дальнейшие исследования, такой упрощенный подход неправилен. Тщательное изучение зон тяжелых минералов в третичных и мезозойских разрезах, в которых такие зоны, как оказалось, выделяются наиболее четко, выявило два обстоятельства. Во-первых, число типов минералов увеличивается по мере перехода от более древних пород к более молодым; во-вторых, порядок появления минералов, даже в значительно удаленных друг от друга и не связанных между собой бассейнах, оказывается в большой степени сходным. Если отбросить нетипичные случаи и учитывать только такие минералы, которые встречаются более чем в половине изучаемых образцов, эта тенденция становится совершенно очевидной (рис. 13-6 и табл. 13-8).

Как было отмечено выше, зоны минералов в различных, не связанных и географически разобщенных районах имеют много общего не только в увеличении числа минералов в каждой зоне, но и в порядке появления главных, доминирующих минералов; более того, этот порядок, как правило, является обратным порядку увеличения их стабильности.

Как можно видеть на рис. 13-6 и в табл. 13-8, роговая обманка является наиболее типичным минералом для наименее глубоко залегающих зон; наиболее погруженные зоны характеризуются такими минералами, как турмалин, циркон и рутил (а в некоторых случаях также ставролит и гранат). Для зон промежуточного залегания характерны кианит, эпидот и титанит. Минералы глубинных зон, как правило, могут встречаться и в верхних зонах, так что последние, это уже отмечалось, обладают более богатым набором минералов. Эти наблюдения, однако, не свободны от исключений. Порядок убывания минералов с глубиной не всегда является одним и тем же; в некоторых случаях минералы нижних зон не переходят в верхние (возможно, они очень сильно разбавлены обилием других минералов). Кроме того, отмечаются случаи, когда минерал появляется на определенном уровне, затем исчезает и вновь появляется на более высоком уровне.

Как объяснить результаты этих наблюдений? Согласно традиционной точке зрения, усложнение минералогии объясняется усилением денудации и вскрытием новых источников сноса (рис. 13-7, левая часть). По мере проявления эрозии в бассейн осадконакопления поступает материал из все более глубоких частей земной коры. Поскольку минералы пород из более глубоких зон в среднем менее стабильны, последовательность появления новых минералов может быть как нормальной, так и коррелируемой с порядком их стабильности. Эту точку зрения отстаивали Крынин и Ван-Андель.

Другая гипотеза допускает наличие коррелятивной связи между изменением минерального состава по разрезу и воздыманием области сноса (рис. 13-7, центральная часть). Согласно этому положению, комплекс пород с различной литологией, залегавший первоначально вблизи уровня базиса эрозии, испытывает последовательное воздымание, сопровождающееся повышением градиента потоков и ускорением эрозионной деятельности. На первой стадии этого процесса лишь наиболее стабильные минералы избегают разрушения в почвенном слое; на конечной же стадии в осадках появляются даже самые нестабильные минералы.

Согласно третьей гипотезе, предполагается, что все накопленные осадки в момент их отложения характеризовались примерно одним и тем же набором минералов, но вследствие внутрипластового растворения более древние и глубоко залегающие слои утратили все нестабильные минералы. Вероятность «выживания» минерала является функцией глубины залегания и времени. Чем больше глубина залегания и чем древнее возраст породы, тем меньше вероятность присутствия в ней данного минерала, как это показано на рис. 13-7, в правой части. В пользу этой точки зрения свидетельствует такое прямое указание на эффективность внутрипластового растворения, как демонстрация Брамлеттом сохранения первоначального набора минералов в условиях «запечатанности», в данном случае в конкреции. Более того, известны случаи визуального наблюдения коррозии и удаления многих минералов в глубинных зонах. Еще одним свидетельством в пользу данной гипотезы является сохранение более сложного набора минералов в менее проницаемых пластах, в особенности в глинистых сланцах.

Таким образом, зоны тяжелых минералов примерно одинакового характера и со сходными наборами минералов могли образоваться несколькими различными путями. Очевидно, что если зоны тяжелых минералов определяются только стабильностью, то они имеют небольшое (или не имеют никакого) значение для стратиграфии. Если же они являются результатом прогрессирующей денудации или прогрессирующей тектонической деятельности, то набор тяжелых минералов изменяется во времени и минеральные зоны могут оказаться полезным средством для стратиграфической корреляции. Эта зональность, вероятно, — результат одновременного действия нескольких факторов: она может быть обусловлена как различной стабильностью минералов, так и неодинаковыми питающими провинциями. Если это так, то проблема зональности и отделения факторов, не имеющих стратиграфического значения, от тех, которые можно использовать, является значительно более сложной, чем это до сих пор предполагалось. He исключено, что при решении этой задачи могут помочь вариации признаков у одних и тех же минералов. Например, появление новых разновидностей циркона ни в коем случае не может быть связано с внутрипластовым растворением или избирательными потерями при выветривании в распределяющей провинции. Изменение характера циркона можно объяснить только прогрессирующей денудацией и обнажением нового источника сноса. Тщательное изучение турмалина может так же, как и в случае с цирконом, помочь решению проблемы минеральных зон.

Хотя любая из перечисленных гипотез может оказаться справедливой для какой-то части разреза или для какого-то одного тектонического цикла, ни одна из них не доказана для всего геологического разреза в целом. Возможно, что возрастание сложности минерального набора вверх по разрезу является отражением только ряда стабильности минералов (Петтиджон считает это наиболее вероятным). Однако было высказано предположение, что с течением времени фазы орогенеза становятся все более частыми, а скорость седиментации все увеличивается. Если это так, то со временем должна возрастать и сложность минеральных наборов. С другой стороны, ни один из древних осадочных комплексов, даже из тех, которые отлагались вслед за эпохами интенсивного орогенеза, не обогащены так минералами, как пески плейстоцена и голоцена. Отсюда следует вывод, что обеднение их минерального набора связано с длительно продолжавшимся внутрипластовым растворением.