ОСАДОЧНЫЕ ПОРОДЫ

Генезис гипса

В 1877 г. шведский геолог Оксениус (Ochsenius, 1877) в результате исследований стасфуртских месторождений солей пермского возраста в Германии сформулировал концепцию происхождения ассоциации ангидрит — каменная и калийная соли. Он утверждал, что эти соли образовались в результате интенсивного испарения нормальной морской воды в мелководной прибрежной лагуне, отделенной от открытого моря баром.

Периодическое поступление воды через бар приводило к выпадению новых порций солей, а постепенное опускание лагуны обусловило накопление мощной толщи солей. Все время при этом господствовал аридный климат, и притоки пресной воды были незначительны.

В 80-х годах после появления концепции Оксениуса были изучены многие другие месторождения солей, помимо Стас- фуртского, и проблема их происхождения рассматривалась с геологических, физико-химических и океанографических точек зрения.

В результате всех этих исследований появилась обширная литература, к которой, помимо трех крупных научных трудов (Fulda, 1938, Grabau, 1920; Lotze, 1957), относится множество более кратких работ. Современное состояние проблемы хорошо освещено в четырех недавно опубликованных статьях. В статье Скрётона (Scruton, 1953) рассмотрены типы циркуляции вод в полузамкнутых современных заливах, а Моррисом и Дикки (Morris, Dickey, 1957) описано солена- копление на противоположных концах эстуария на перуанском побережье. Слосс (Sloss, 1953) на основании изучения условий, существовавших в течение четырех периодов палеозоя в отдельных бассейнах Северной Америки, дал общие выводы по происхождению эвапоритов. Бриггс (Briggs, 1958) определил теоретическое распределение эвапоритовых минералов в идеальном бассейне и на основе фациального анализа формации Салайна реконструировал палеогеографическую обстановку в бассейнах Мичигана и Огайо — Нью-Йорка. Исходя из упомянутых работ и взглядов других современных исследователей, можно уверенно утверждать, что основные условия, необходимые для соленакопления, все-таки сводятся к положениям Оксениуса: залив, имеющий ограниченную связь е морем; интенсивное испарение; восполнение испарившейся влаги нормальной морской водой; и, наконец, постепенное опускание дна бассейна.

Естественно, эти положения несколько видоизменены и усовершенствованы. Ясно, например, что наиболее важный тип бассейна, в котором происходит осаждение эвапоритов,— преимущественно не прибрежные лагуны, а крупные бассейны, почти не сообщающиеся с открытым морем. Преградой циркуляции воды могли служить не только бар, как это предполагал Оксениус, но и мелководье с дном из коренных пород, или гряда рифов, или извилистый пролив. Восполнение бассейновых вод могло быть периодическим или непрерывным через преграждающий барьер или пролив. Циркуляция, вероятно, осуществлялась не только односторонним поступлением нормальной морской воды в солеродный бассейн; наряду с течением слабо соленой воды в верхних слоях существовало и обратное течение сильно соленой воды из бассейна в открытое море в нижних слоях. Это последнее положение было высказано Кингом (King, 1947) на основании изучения верхнепермских эвапоритов Делавэрского бассейна в западном Техасе и Нью-Мексико, а затем подтверждено Скрёто- ном (Scruton, 1953) на примере современных эстуариев.

Значительная часть эвапоритов, отложившихся в слабо сообщающихся с открытым морем заливах и реликтовых морях прошлого, представлена сульфатом кальция. В каком состоянии был отложен этот материал — в виде гипса или ангидрита?

Экспериментальные исследования (Douglas, Goodman, 1957; McDonald, 1953; Posnjak, 1940) показали, что в пределах вероятных температур и солености воды могли выпадать в осадок оба минерала. Однако геологи, изучавшие промышленные месторождения, приводят громадное количество доказательств, что первоначально выпадал в осадок ангидрит, который затем в зоне выветривания гидратировался и переходил в гипс. Гипс присутствует лишь до глубины 100—300 футов от поверхности, а по простиранию распространяется лишь до тех мест, где мощность перекрывающих пород имеет приблизительно ту же величину; глубже или дальше по простиранию присутствует только ангидрит.

Среди многие работ, в которых описываются подобные соотношения, можно упомянуть статью Ньюленда (New!and, 1929), посвященную месторождениям штата Нью-Йорк, статью Мьюира (Muir, 1934) о формации Блейн Оклахомы, отчет Вер-Планка (Ver Planck, 1952) о калифорнийских месторождениях. Приведены бесчисленные примеры перехода ангидрита в гипс вдоль трещин и зон разломов, а также присутствия корродированных реликтов ангидрита в гипсе. Вторичное происхождение гипса было показано Роджерсом (Rogers, 1915) на основании микроскопического изучения многочисленных образцов ангидрита и гипса из многих месторождений.

Практическое значение этого вывода очевидно: месторождения гипса имеют приповерхностный характер, и при развитии эксплуатационных работ нельзя рассчитывать, что их можно продолжать до любой глубины или при любой мощности перекрывающей толщи. При подсчете запасов и проектировании дальнейших эксплуатационных работ необходимо проводить систематическое бурение для точного определения границы перехода гипса в ангидрит.

В большинстве месторождений эта граница (резкая или постепенная) располагается примерно на одинаковой глубине, а в плане она совпадает с изолинией определенных мощностей перекрывающей толщи. Короче говоря, распространение гипса связано с современным рельефом. Предполагается, что изменение ангидрита в гипс осуществлялось в голоцене или плейстоцене и, вероятно, происходит в настоящее время. Нью- ленд (Newland, 1929, стр. 69) пришел к выводу, что гипс месторождений штата Нью-Йорк — послеледниковое образование и возник примерно в течение последних 25 тыс. лет.

В крупных месторождениях Новой Шотландии взаимоотношения гипса и ангидрита не столь ясны и дают повод для противоречивых толкований. С целью «установления целесообразных систем разработки» Бейли (Bailey, 1931) констатировал, что гипс образуется за счет ангидрита не только под воздействием нисходящих поверхностных вод, но также, вероятно, более интенсивно в результате их продвижения в горизонтальном направлении. С точки зрения Бейли, крутые поверхности тектонических блоков, обращенные в сторону от моря, представляют собой «фронт гидратации» и позади этих поверхностей грунтовые воды создают как бы резервуары, поддерживающие процесс гидратации. Наблюдающееся местами переслаивание гипса и ангидрита объясняется селектив ной боковой гидратацией. С другой стороны, Гудмен утверждал, что контакт гипса с ангидритом контролируется не современной дневной поверхностью, а направлением плоскости напластования. Согласно представлениям этого исследователя, первоначально осаждался ангидрит, а вскоре после этого (в миссисипское время) он гидратиро- вался и переходил в гипс. Предполагается, что температура в бассейне понижалась, вероятно в связи с удалением лагунных вод; реликтовые воды, проникшие в ангидрит, представляли собой важный агент их изменения. При условии что в гипс подобным способом переходили только верхние части серии ангидритовых пластов, должно было возникать переслаивание гипса и ангидрита. При эрозии удалялась значительная часть такого раннего гипса, однако эти потери восполнялись непрерывным изменением ангидрита в гипс под воздействием метеорных вод. Иными словами, Гудмен считает процесс гипсообразования поверхностным, но полагает также, что в значительной мере гипс возникал вскоре после отложения осадка. Он считает, что установлению точного соответствия между геологической структурой и распространением гипса мешает сжатая складчатость, которую претерпела гипсоносная толща. Если такие соотношения все-таки существуют, детальные структурные карты должны отчасти помогать выявлению запасов и направлений дальнейших разведок гипса.

Комментируя статью Бейли, опытный предприниматель из Новой Шотландии заметил, что взаимоотношения гипса и ангидрита значительно сложнее, чем указано Бейли, и, в частности, указал: «В один из дней весь забой карьера сложен гипсом, а на следующий день после первого же взрыва он может целиком состоять из ангидрита» (Bailey, 1931, стр. 186). Пока не ясно, насколько удовлетворительнее объясняет эти соотношения более поздняя концепция Гудмена. Очевидно, для выяснения генезиса месторождений Новой Шотландии нужны еще значительные исследования.