Геология Ленинградской, Псковской и Новгородской областей

КАМЕННОУГОЛЬНАЯ СИСТЕМА. Тульский горизонт. Сухарные глины. Углисто-песчано-глинистый комплекс. Углефикация осадков

Тульский горизонт (Ci/Z)

Отложения тульского горизонта распространены по всей северо-западной окраине Подмосковного бассейна. Они отсутствуют только в пределах наиболее возвышенной (во­дораздельной) части Кильозерского вала, представлявшей собой в туль­ское время сушу, а также на отдельных небольших участках, где эти отложения были уничтожены последующим размывом (вблизи ст. Неболчи, на левобережье р. Воложбы и др.).

Тульский горизонт сложен в основном аллювиальными, озерно-болотными и дельтовыми образованиями. Поэтому он характеризуется сильной изменчивостью вещественного состава, непостоянством мощно­стей и имеет сложное (многослойное) строение.

Эти главные особенности разреза тульского горизонта зависят также от морфологии рельефа подстилающей довизейской поверхности, гипсометрического положения, расстояния того или иного участка акку­муляции относительно береговой линии наступавшего моря и областей сноса. На рис. 37 схематично изображен сводный разрез тульских от­ложений, его состав и строение в различных палеогеографических об­становках— от верхних частей склонов довизейских водораздельных возвышенностей, где мощность отложений составляет 5—10 м, до глу­боких впадин, где она достигает 50—60 м.

В пределах рассматриваемой территории среди тульских отложений широко развиты бокситовые породы, огнеупорные глины и бурые угли, находящиеся в определенной генетической связи и стратиграфи­ческих соотношениях между собой и с другими отложениями. Эти обра­зования — ценные полезные ископаемые. Поэтому выявление всех за­висимостей, существующих между ними,—первоочередная задача при проведении геологопоисковых работ. Различные воззрения, существую­щие по этому вопросу у исследователей каменноугольных отложений Северо-Запада (А. С. Корженевская, В. А. Котлуков, С. А. Рязанова, Е. П. Брунс, С. Г. Вишняков, В. С. Кофман, Е. Д. Остромецкая, А. П. Саломон), выражены в предложенных ими схемах расчленения песчано-глинистой толщи, содержащей в своем составе отложенйя тульского возраста отражает общие для всего региона закономерности разреза тульских отложении и учитывает при этом конкретные палеогеографические усло­вия осадконакопления в тульское время.

Разрез тульского горизонта в пределах северо-западной окраины -Подмосковного бассейна расчленяется на три части. Из них нижняя и средняя, сложенные породами песчано-глинистого и сухарно-бокситового комплекса, соответствуют раннетульскому этапу развития; верхняя часть разреза, сложенная углисто-песчано-глинистым комплексом по­род, имеет позднетульский возраст.

Песчано-глинистый комплекс объединяет отложения, залегающие стратиграфически ниже огнеупорных глин и бокситовых пород: пески, алевролиты, песчаные глины, обогащенные соединениями углерода (болотные), и углистые глины с тонкими прослоями бурого угля и лиг­нита. Эти отложения занимают наиболее пониженные участки довизейской поверхности — низовья долин эрозионной сети, долинообразные депрессии, впадины, нижние части склонов довизейских возвышен­ностей.

В понижениях, расположенных вблизи участков, на которых раз­вита довизейская кора выветривания, в основании тульского горизонта залегает неяснослоистая глинистая порода брекчиевидного сложения мощностью от 0,2—0,5 до 4,3 м (на правобережье р. Белой у д. Крем- ница в Любытинском районе). Она состоит из мелких (1,5—2,5 мм) угловатых обломков пород, слагающих довизейскую кору выветрива­ния и верхнедевонских пород, сцементированных белой и серой каоли­новой массой с незначительной примесью песчано-алевритового мате­риала. В породе много мелких растительных остатков. Контакт с под­стилающими верхнедевонскими глинами весьма отчетливый, резкий. Разрезы, в которых встречена брекчиевидная порода, немногочисленны, но распространены по всему региону. Они известны на юго-восточном склоне Кильозерского вала в верхнем течении р. Ояти, в районе с. Лад- ва; на некоторых месторождениях бокситов вблизи г. Бокситогорска; на правобережье р. Белой в Любытинском районе, в районе ст. Углов- ка и т. д.

В глубоких долинообразных депрессиях и в заливообразных впадинах, преимущественно в восточной части описываемой территории, разрез тульского горизонта начинается с толщи неравномерно мелко­зернистых, кварцевых песков серовато-белого, желтовато-серого и се­рого цвета. В этих песках нередко встречаются прослои светлоокра­шенных каолинитовых и черных углистых глин, на отдельных участках песчаный материал сцементирован тонкодисперсным гелевидным као­. линитовым веществом. Мощность толщи достигает 25—30 м.

Существует представление, что пески в основании тульского горизонта прибрежно-морские, однако, как справедливо отмечает С. Г. Виш­няков (1951 г.), их мощность достигает максимума в осевой части де­прессий и уменьшается к их бортам, что свидетельствует о накоплении песков в руслах рек или в рукавах дельты. Об аллювиально-дельтовом -их происхождении свидетельствуют также характер слоистости и гра­нулометрический состав. Описывая эти пески в обнажениях по р. Мете (вблизи пос. Волгино). Е. П. Брунс (1939) подчеркивала,.что они имеют косую слоистость речного типа и в основании, на контакте с девоном, содержат прослои конгломерата. В. С. Кофман (1963 г.) в нижнетуль­ских песках на ручье Патровом в Вытегорском районе также отмечал речную однонаправленную косую слоистость в параллельных сериях (угол падения ~10°, азимут падения 100—180°).

Стратиграфически выше песков залегает пачка углистых или углисто-слюдистых глин мощностью 10—30 м (в глубоких частях довизей- ских депрессий она достигает 45—50 м). Эти образования распростра­нены повсеместно на обширной площади от р. Вытегры на севере до оз. Селигер на юге. Они приурочены к нижним частям склонов довизей- ских возвышенностей и обычно представлены черными, темно- и свет­ло-серыми, реже коричневато-бурыми алевритовыми глинами с выдер­жанной микрослоистой текстурой и алевропелитовой структурой, пере­полненными фюзенизироваяными обрывками растительной ткани и. углефицированными остатками растений. В верхней части разреза в глинах встречаются тонкие линзовидные прослои бурого сажистого, угля сантиметровой мощности (слой Itl, Саломон, Смирнов, 1962 г.), мелкие конкреции сидерита, стяжения и порошковидные присыпки пи­рита (в районе Боровичей, на Шиботовском месторождении, мощность, прослоя достигает 2 м).

В Тихвинском бокситовом районе эти глины характеризуются по­вышенным содержанием мусковита (до 20%). В Вытегорском районе, на ручье Патровом им присуще повышенное содержание AI2O3, не сни­жающееся ниже 30% (при содержании БегОз 1—3,5% и и. п’ п. 15— 16%). Это типичные огнеупорные глины. В районе верхнего течения р . Ояти, среди углистых глин наблюдаются линзы глинистой охры и: мумии мощностью до 2,5 м.

В восточной части описываемой территории глины известковистые,. а на отдельных участках мергелистые. В ряде разрезов, приуроченных к глубоким частям довизейских депрессий, были встречены маломощный (0,15—0,3 м) слои глинистого известняка, свидетельствующие о крат­ковременной ингрессии моря в прибрежно-континентальную зону по наиболее пониженным ее частям. В одном из таких слоев, вскрытом буровой скважиной в Комаровской впадине (Любытинский район), Т. И. Шлыкова (1951) обнаружила комплекс тульских фораминифер,. состоящий из многочисленных Pseudoendothyra struvei (Мое 11.), а также плохой сохранности эоштаффелл, эндотир, редких архедиску- сов, текстулярид и гипераммин. Там же в одном из карьеров в углистых тонкослоистых, лагунного типа глинах были встречены остатки лингул' и наутилид(?).

Вверх по разрезу углистые глины сменяются огнеупорными глинами, а еще выше бокситовыми породами. Нижнетульский возраст песчано-глинистого комплекса отложений подтверждается результатами многочисленных спорово-пыльцевых анализов, произведенных Е. К. Ван- дерфлит (1962, 1966). В Южном Прионежье для этих отложений харак­терно в споровых комплексах преобладание Leiotriletes platirugosus- (Waltz) и Perisaccus campylopterus (Waltz) Naum, над осталь­ными тульскими формами. В Боровичско-Валдайском районе для ниж­нетульских комплексов спор характерно большое количество (до 30%) широкооторочковых видов спор типа Euryzonotriletes planus N a u m., Е. literatus (W a 11 z) I s c h., Simozonotriletes intortus (W a 11 z) N a u m., незначительное количество пленчатых Hymenozonotriletes pu- sillus (Jbr.) I sch., а также присутствие характерных видов бобриков­ского горизонта — Trematozonotriletes variabilis var. faveolatus (W a 11 z) Naum., Stenozonotriletes laevigatas (W a 11 z) N a u m. и др..

Вместе с тем в нижней части некоторых разрезов, вскрытых буро­выми скважинами на юге Боровичского и Валдайского районов Е. К. Вандерфлит был обнаружен смешанный комплекс спор, содержа­щий более 50% спор группы Trematozonotriletes (Т. variabilis var. faveo­latus (W a 11 z) Naum, в сочетании с T. goneacanthus (Waltz) Naum.) T. intermedins (W altz) Naum и T, dentatus (Walt z) Naum, и синезеленые водоросли Cladiscothallus koeppeni Ren sch. (Апсит, 1961 г., Соловьева, 1965 г.), что характерно для бобриковского горизонта.

Огнеупорные глины сухарного ряда и бокситовые породы (сухарно­бокситовый комплекс) распространены в пределах склонов довизейских возвышенностей. Они накапливались в ложбинах и долинах древней эрозионной сети (бокситовые породы, полусухарные и сухарные глины) и на бортах заливообразных впадин (полусухарные и сухарные глины).

Еще в конце 40-х годов считалось, что распространение бокситов ограничено бассейном рек Тихвинки и Воложбы. Теперь месторожде­ния бокситов известны и в Южном Прионежье и в верховьях р. Сяси, а бокситовые породы встречаются в западной и северо-западной частях Подмосковного бассейна. Огнеупорные глины сухарного ряда распро­странены также широко. Мощность тех и других меняется в зависимо­сти от гипсометрического положения участка аккумуляции и составляет 1 —18—20 м для бокситовых пород и 1—7—10 м для огнеупорных глин.

Бокситовые породы и огнеупорные глины — родственные образования, имеющие общий источник исходного материала — довизейскую кору выветривания. В Тихвинском бокситовом районе, где бокситовые поро­ды и огнеупорные глины встречаются в одних и тех же разрезах, мож­но наблюдать постепенные переходы между ними, свидетельствующие, что они являются членами одного генетического ряда. В качестве ти­пичного примера приводится разрез Губско-Почаевского месторожде­ния (Вишняков, 1940), где над элювиальными пестроцветными глинами залегают (снизу вверх):

1. Глина темно-серая, с черными сильноуглистыми прослоями, неяснотонко­слоистая, сухаристая. При прокаливании она приобретает белый цвет и рассыпается в порошок. Химические анализы показывают, что глина со­держит 30—50% глинозема и обладает высокой степенью огнеупорности

(1730° и больше)............ 1 м

2. Сиаллит............... 2

3. Аллит............................ 0,9

4. Боксит................................... 5

5. Сиаллит........................................ 3

Подобный разрез наблюдается также на Батьковском, ЧуниНском, Максимовском и других месторождениях бокситовых пород, в том числе в Южном Прионежье на Мягозерском и Ладви,иском и даже на самом северном Лемском месторождениях (в Вытегорском районе).

Минералогическое и химическое изучение подбокситовых сухарных глин показывает, что они принадлежат к каолинитовому типу. Вместе с тем в них нередко содержится 'значительное количество свободного глинозема (по сравнению с количеством, необходимым для образова­ния молекулы каолина). Некоторые разновидности таких глин содержат до 50% А12О3 при 13—17% SiO2 и являются по существу бокситовой породой.

С. Г. Вишняков неоднократно подчеркивал искусственность отнесе­ния огнеупорных -глин сухарного ряда и бокситовых пород к разным ге­нетическим группам (1940, 1951 г.). Он считал, что боровичские «сухари» являются безжелезистыми сиаллитами, так как содержат свобод­ные гидраты глинозема. К такому же выводу пришел и В. В. Гончаров (1952), специально изучавший вещественный состав огнеупорных глин Боровичского района. По его мнению, огнеупорные глины образова­лись в результате химической переработки местного девонского глинистого вещества в озерно-болотных водоемах под воздействием гумусовых кислот. При общем одинаковом составе исходного материала в раз­личных водоемах или в различных частях одного и того же водоема, обладающих неодинаковыми свойствами среды, образовались глины, разные по химико-минералогическому составу и физическим свойствам.

Главную роль в глинообразовании сыграло наличие растительных остат­ков и кислородный потенциал в водоеме. При недостаточном разложе­нии растительного вещества в водоеме создавалась закисная среда, ко­торая способствовала только разложению слюдоподобных минералов в каолинит или обеспечивала консервацию каолинитового материала, вынесенного при разрушении коры выветривания. При значительном содержании кислорода в водоеме происходило полное разложение орга­нических веществ с выделением гумусовых кислот и угольной кислоты, воздействие которых вызывало глубокое разложение первичного каоли­нитового осадка и приводило к накоплению свободных окислов алю­миния.

Все сказанное послужило основанием для объединения бокситовых пород и огнеупорных глин в один литолого-стратиграфический комплекс. Однако но этому поводу имеются и иные точки зрения. А. П. Саломон (1966), например, считает эти образования генетически не связанными между собой и помещает их в своей стратиграфической схеме в разно­возрастные комплексы.

Накоплением осадков сухарно-бокситового комплекса завершился раннетульский этап развития северо-западной окраины Подмосковного бассейна. На размытой поверхности пород сухарно-бокситового ком­плекса -с резким контактом залегает верхнетульский углисто-песчано­глинистый комплекс.

В Тихвинском бокситовом районе размыву предшествовали дегид­ратация и литификация обогащенного глиноземом осадка и превраще­ние его в бокситовую породу. Наблюдается появление трещин усыхания, раскалывающих уплотнившийся осадок на угловатые обломки непра­вильной формы. В дальнейшем трещины усыхания были закольматиро- ваны кальцитом и глинисто-железистым материалом, что придало по­роде характерный пятнистый, брекчиевидный облик.

Размыв сухарно-бокситовых пород был вызван эрозионной деятель­ностью временных потоков. Поверхности размыва на породах сухарно­бокситового комплекса отчетливо выражены и в Боровичско-Любытин- ском районе. Здесь этот комплекс сложен в основном огнеупорными глинами. В его кровле залегает маломощный пласт (0,75 м) бурого гумусового угля, так называемой линзы или пачки «В» (в Валдайском районе он именуется «нижним пластом»),

Е. П. Брунс (1939) и Е. Д. Остромецкая (1960 г.), детально изу­чившие разрезы тульского горизонта в этом районе, отмечали, что на многих участках указанный пласт угля последующим размывом расчле­нен на небольшие изолированные линзы или полностью уничтожен. Например, вблизи г. Боровичи, а также в ряде разрезов, вскрытых бу­ровыми скважинами в районе пос. Окладнево и к югу от пос. Угловки, он замещен песком, залегающим на неровной бугристой поверхности сухарных глин, а кое-где и прорезающим последние.

Сопоставление материалов по Тихвинскому и Боровичско-Любы- тинскому районам показывает, что размыв верхней части сухарно-бок­ситового комплекса явление региональное, охватывающее всю терри­торию северо-западной окраины Подмосковного бассейна. Он может рассматриваться -как геохронологический рубеж, отделяющий ранне­тульский этап осадконакопления от позднетульского.

В названии «углисто-песчано-глинистый комплекс» отражено суще­ственно новое качество слагающих его осадков — углистость. Комплекс (образован двумя основными типами пород: 1) серыми огнеупорными пластичными глинами («мыленками» — в Боровичско-Любытинском районе, полусухарными и сухарными — в Тихвинском бокситовом рай­оне); 2) углисто-сажистыми глинами.

Мощность комплекса изменяется от 7—8 м в пределах довизейских возвышенностей до 20—25 м во впадинах (Комаровская и др.).

Прослои и линзы кварцевых песков и песчано-алевритовых глин, достигающие мощности 1—3 м, имеют подчиненное значение.

Огнеупорные глины, с резким контактом залегающие на размытой поверхности подстилающих пород, тонкослоистые и тонкодисперсные, юкрашены в серый цвет с бурыми и красными пятнами. Они обычно као- линитовые, реже гидрослюдисто-бейделлитового типа. Вверх по разрезу огнеупорные глины постепенно переходят в углисто-сажистые глины. Последние черного или темно-серого цвета, пластичные, тонкодисперс­ные, микрослоистые. Они переполнены обугленными и минерализован­ными остатками растительности и в изобилии содержат конкреции си­дерита, стяжения и присыпки пирита. В отдельных разрезах в глинах отмечается повышенная слюдистость. Углисто-сажистое вещество в гли­нах образует прослои; встречаются также пласты бурого угля.

Степень углефикации осадков и мощность пластов угля возрастают :в направлении г. Валдая. На территории, расположенной к северу от р. Белой, в разрезах комплекса известен только один пласт угля мощ­ностью 0,1—0,5 м, на расположенной к югу — два пласта, индексиро­ванные А. П. Саломоном (1966) IIIZZ и YVtl. Нижний пласт угля ПШ (линза А2 на Усть-Брынкинском месторождении, линза А на Комаров­ском) в Валдайском и Боровичском районах имеет прерывистое линзо­видное строение и мощность 0,5—0,75 м, реже 1,5 м; верхний пласт— Wtl (линза Ai на Усть-Брынкинском, линза С на Комаровском и «пласт» на Шереховичском месторождениях) имеет мощность 0,3— 0,7 м и только в Комаровской впадине достигает 1,8 м.

На месторождениях в районе г. Боровичи в пластичных, тонкослои­стых, серых глинах, вмещающих угли линзы Л2, Е. Д. Остромецкой (1960 г.) обнаружены остатки морской фауны (лингулы, наутило- идеи?), свидетельствующие о накоплении образований углисто-песчано­глинистого комплекса в озерно-болотных водоемах прибрежно-морской зоны. Примерно на этом же стратиграфическом уровне, в одном из раз­резов, вскрытом скважинами южнее пос. Угловки (скв. № 135 у д. Стан­ки), в прослое перекристаллизованного известняка Р. А. Ганелина об­наружила тульский комплекс фораминифер (Соловьева, 1965 г.): Pseu- doendothyra cdndida (Gan.), Eostaffella prisca Raus., E. prisca var. settella (Gan.), Mediocris breviscula (Gan.), Endothyranopsis compres­ses (R a us.), Plectogyra similis (Raus. et Reitl.), Pl. prisca (Raus. et R e і t L), Archaediscus kreslovnikovi R a u s„ Arch, pauxillus S c h 1 у k.

Верхнетульский возраст рассматриваемых отложений был установ­лен по комплексу спор, содержащему Hymenozonotriletes pusillus (I b г.) Isch. .(10—75%), Perisaccus campylopterus (Waltz) Naum. {55%), Irilabazonotriletes inciso-trilobus Naum,, Tr. concavus Naum., Tr. concavus var. okensis Jusch. и характерные руководящие виды — Trematozonotriletes bialatus (Waltz) Naum., Simozonotriletes caly- ginosus Jusch., Nymenozonotriletes rugosiusculus N a u m. и др. (Сало­мон, Вандерфлит, 1966; Вандерфлит, 1968).