Геология и генезис флюидолитов и кальцитовых ониксов Торгашинского месторождения (Красноярский край)

Актуальность работы. На правобережье р. Енисей у южной окраины г. Красноярска, в пределах Торгашинского хребта Восточного Саяна, находится толща нижнекембрийской карбонатной формации, относимой к торгашинской свите серийной легенды листа No46 (47) [Государственная…, 2000]. Обращает на себя внимание давний интерес к геологическому строению окрестностей г.Красноярска и в том числе торгашинских известняков, что обусловлено доступностью района и сложностью его геологического строения. Впервые торгашинская свита выделена В. К. Златковским в 1885 г. В первой трети ХХ века она изучалась такими выдающимися геологами как В.А.Обручев и Ю.А.Кузнецов. Впоследствии выяснилось, что известняки являются цементным и, участками, флюсовым сырьем, и они стали использоваться предприятиями Красноярска. К настоящему времени известняки вскрыты карьерами «Увал Промартели», «Цветущий лог», «Черный мыс», а также карьером Химико-металлургического завода. Наличие столь крупных горных выработок позволяет изучать карбонатную толщу с вертикальным размахом почти двести метров. И только в последние десятилетия стало известно, что торгашинские известняки являются месторождением поделочного камня – кальцитового оникса и содержат тела нового типа пород – флюидолитов, генезис которых оказался совершенно неисследованным.
Настоящая работа посвящена исследованию ранее неизученных постседиментационных процессов, наложенных на известняки торгашинской свиты, и изучению генезиса новообразованных продуктов. С этими процессами связано формирование жильных и трещинных пород – гидротермалитов, таких как крупнокристаллические и друзовидные кальциты, кальцитовые ониксы, а также обнаружен новый для этой толщи тип горных пород, продукты флюидизатно-эксплозивного процесса – флюидолиты.
Цели и задачи исследования. Целью диссертационной работы является анализ процессов, наложенных на толщу торгашинской карбонатной формации –
5
низкотемпературных гидротермальных и флюидизатно-эксплозивных и изучение продуктов, ими образованных – гидротермалитов (крупнокристаллических и друзовидных кальцитов, кальцитовых ониксов, включающих в себя ранее неизвестный сферолитовый тип), а также флюидолитов – ранее неизвестных на Торгашинском месторождении горных пород, представленных двумя типами – крупными и грубыми известковыми псефитами и кварц-каолинитовыми
аргиллизитами.
Фактический материал, методы исследования и личный вклад в решение проблемы. В основу диссертационных исследований положен фактический материал, полученный автором в процессе научно- исследовательских работ, начиная с 2009 г., в том числе при выполнении гранта Минобрнауки 2013-2014 гг. и обучения в рамках заочной аспирантуры 2011- 2015гг. в СФУ под руководством доктора геол.-мин. наук, профессора А.М.Сазонова. В основе работы лежит анализ значительного объема опубликованного материала (тезисы, статьи, монографии, фондовые отчеты) предыдущих исследователей по различным областям геологических знаний, связанных с темой диссертации. Автором выполнены собственные исследования толщ торгашинской карбонатной формации, вскрытых заброшенными и действующими карьерами предприятий г. Красноярска. Создана карта фактического материала, на которой отражены местонахождения жильных гидротермалитов и флюидолитов, выявленных как личными полевыми наблюдениями, так и по данным предыдущих исследований. Впервые выявлены и описаны новые типы жильных пород – сферолитовые кальцитовые ониксы и продукты флюидизатно-эксплозивных процессов – флюидолиты. Создана коллекция разных типов горных пород и минералов, обнаруженных в толщах торгашинской свиты, включающая в себя не только современные сборы, но и находки других исследователей, начиная с середины 80-х годов. Выполнено минералого-петрографическое и геохимическое изучение гидротермалитов и флюидолитов. Впервые установлено, что глинистые флюидолиты представлены ожелезненными аргиллизитами кварц-каолинитового типа. Изучен их

6
минеральный состав и геохимические особенности. Уточнены схемы онтогенеза Торгашинских месторождений известняка и трех типов жильного кальцитового оникса. Установлена генетическая связь аргиллизитовых флюидолитов и кальцитовых ониксов. Подтверждены высокие декоративные качества кальцитовых ониксов путем изготовления многочисленных полировок и некоторых поделок. Впервые установлен позднеордовикский возраст флюидолитов и гидротермалитов и их связь с этапом тектономагматической активизации карбонатных толщ торгашинской формации в процессе становления
столбовского интрузивного комплекса.
Комплекс исследований базировался на опробовании органогенных
известняков, жильных флюидолитов и гидротермалитов – кальцитовых ониксов и крупнокристаллических кальцитов. Всего было отобрано около 150 проб. Кальцитовые ониксы отбирались во всех карьерах из 11 жил и свалов (ПРИЛОЖЕНИЕ 1, 2). Изучались пробы не только собственных сборов, но и образцы из частных собраний за период более 25 лет, в том числе из тех жил, которые уничтожены отработкой карьеров. Коллекция пополнена образцами, любезно предоставленными В.Н. Марковым, А.Е. Колмаковым, Г.В. Миронюком, Ю.А. Задисенским, С.А. Ананьевым.
Для выполнения комплекса исследований были:
1) изготовлены прозрачные шлифы в количестве 91 шт. и сделаны их фотографии (53 шт.) с использованием поляризационного микроскопа AxioImager A1 фирмы Zeiss;
2) изготовлены полированные срезы площадью от 30 см2 до 500 см2 для макроскопического и микроскопического изучения в количестве более 80 шт., а также сделаны их фотографии. Создана подборка фотографий различных изделий из торгашинского кальцитового оникса (ПРИЛОЖЕНИЕ 3);
3) отобрана 31 проба с аргиллизитами, и после кислотного травления они изучены в Лаборатории рентгеновских методов исследований Центра коллективного пользования СФУ с использованием следующих методов: рентгеноспектрального элементного анализа (РСА); рентгенофазового анализа

7
(РФА); синхронного термического анализа (СТА). Съемка рентгенограмм для фазового анализа методом РФА осуществлялась на автоматизированном рентгеновском дифрактометрическом оборудовании фирмы Shimadzu XRD-6000 и XRD-7000S (излучение CuKα). РФА проводился с использованием информационно-поисковой системы рентгенофазовой идентификации материалов (ИПС ФИ), совмещающей качественный и количественный (по методу «корундовых чисел») анализы. Съемка рентгенограмм для элементного анализа методом РСА осуществлялась на автоматизированном волновом рентгенофлуоресцентном спектрометре фирмы Shimadzu XRF-1800 с Rh-анодом. В связи с отсутствием стандартных образцов для элементного анализа использовался безэталонный метод фундаментальных параметров. Термический ТГ/ДТА анализ проводился на термическом анализаторе SDT Q600 TA Instruments. Для обеспечения достоверности результатов РФА производилось сопоставление элементного состава образцов, рассчитанного из фазовых
концентраций, с данными элементного анализа методом РСА и с данными СТА; 4) подготовлены 25 проб аргиллизитов, кальцитовых известняков, ониксов и жильного крупнокристаллического кальцита для геохимических исследований. Определения на 37 элементов проводились в центре коллективного пользования (ЦКП) «Аналитический центр геохимии природных систем» Томского государственного университета методом масс-спектрометрии с индуктивно-
связанной плазмой на приборе Agilent7500сх;
5) приготовлены 5 препаратов кальцитовых ониксов для
микроспектрального исследования (МСА) на электронном микроскопе- микроанализаторе (сканирующий микроскоп CamScan-4D с энергодисперсионным спектрометром Link с системой управления ISIS при увеличениях от 18х до 4000х) в лаборатории Минералогического музея им. А.Е. Ферсмана РАН;
6) выполнены криометрические и термометрические исследования двухфазных включений крупнокристаллического кальцита по спайным выколкам в ИГМ СО РАН под микроскопом OLYMPUSBX51 на криокамере Linkam для

8
установления термических условий образования гидротермалитов торгашинской
толщи;
7) подготовлена проба аргиллизита, и по ее слюдистой фракции проведены
геохронологические определения абсолютного возраста 40Ar/39Ar методом в Лаборатории изотопно-аналитических методов ИГМ СО РАН.
Научная новизна полученных результатов заключается в следующем: впервые составлена классификации различных типов ониксов, учитывающая их минеральный состав и морфологию минеральных агрегатов; в торгашинской толще выявлены новые ранее неизвестные типы жильных пород – сферолитовые
ониксы и флюидолиты, детально изучены
минералогические, онтогенические
изотопногеохронологические особенности; выявлен единый механизм роста агрегатов обычных кальцитовых ониксов и сферолитовых; впервые установлено, что глинистые продукты в известняках являются аргиллизитовыми флюидолитами кварц-каолинитового типа, и показана их генетическая связь с жильными кальцитовыми ониксами; обоснована низкотемпературная гидротермальная природа гидротермалитов и флюидолитов и связь их с постмагматической стадией становления интрузий сиенит-граносиенитового столбовского комплекса; установлен позднеордовикский возраст изучаемых процессов.
Практическая значимость. Впервые детальному изучению подверглось единственное пормышленно-значимое месторождение карбонатного оникса трещинного типа в Сибири. Еще раз были подтверждены высокие декоративные свойства этого поделочного камня.
Выявленные закономерности формирования жильных гидротермалитов и в первую очередь различных типов кальцитовых ониксов, а также особенности проявления флюидизатно-эксплозивных процессов в осадочных толщах (известняках) могут быть применены в различных областях геологической науки.
и
их петрографические, геохимические,

9
Защищаемые положения. Материалы комплексных геологических,
петрографических, минералого-геохимических, онтогенических, термических и изотопно-геохронологических исследований пород Торгашинского месторождения известняка привели к следующим главным положениям:
1. Впервые в толще известняков Торгашинского месторождения выявлен новый тип пород – флюидолиты, являющиеся продуктами флидизатно- эксплозивного процесса, представленные двумя типами – крупными и грубыми карбонатными псефитами и железистыми аргиллизитами кварц-каолинитового типа.
2. Карбонатные гидротермалиты в торгашинских известняках представлены жильными телами друзового и крупнокристаллического кальцита, а также карбонатного оникса, среди которых выявлен новый сферолитовый тип, имеющий единый для ониксов механизм образования.
3. Установлена генетическая связь жильного карбонатного оникса с аргиллизитовыми флюидолитами, и доказано их низкотемпературное гидротермальное происхождение вследствие позднеордовикской (458,1 ± 5,8 млн. лет) тектономагматической активизации торгашинских известняков.
Реализация работы. Материалы исследований вошли в Научно- технический отчет по гранту Министерства образования и науки No14.В37.21.062, выполненному в период 2012- 2013 гг.
Апробация работы и публикации. Основные научные результаты исследований в виде докладов и публикаций представлены на международных и всероссийских научных, научно-практических конференциях и совещаниях: на Всероссийской с международным участием научной конференции, посвященной 75-летию образования Красноярского края «География, история и геоэкология Сибири» (Красноярск, 2009); на юбилейной научно-практической конференции «Геология и минерально-сырьевые ресурсы Центральной Сибири» (Красноярск, 2010); на Международной научно-практической конференции, посвященной Всемирному дню Земли и 110-летию Красноярского регионального отделения Русского географического общества «География, история и геоэкология на

10
службе науки и инновационного образования» (Красноярск, 2011); на VI научной конференции «Геммология» (Томск, 2013); на XII Международной заочной научно-практической конференции «Теория и практика современной науки» (РИНЦ, 2013); на Всероссийском совещании с международным участием «Геохимия литогенеза» (Сыктывкар, 2014); на Всероссийской с международным участием научно-практической конференции, посвященной Всемирному дню
Земли и 80-летию образования Красноярского края (Красноярск, 2014).
По теме диссертации опубликовано 19 работ: 1 монография; 17 статей (в т.ч. 7 статей в журналах, рекомендованных перечнем ВАК Минобразования и
науки РФ); 1 отчет по гранту.
Структура и объем работы. Диссертационная работа общим объемом 184
страницы состоит из введения (8 стр.), текста четырех глав (139 стр.), заключения (4 стр.) и списка литературы, включающего 110 наименований (12 стр.), содержит 83 рисунка, 23 таблицы, и 4 приложения (18 стр.).
В первой главе рассмотрено состояние проблемы, и поставлены задачи по изучению флюидолитов и гидротермалитов в карбонатной толще Торгашинского месторождения известняка, также предложена собственная классификация ониксов, и показано место жильных кальцитовых ониксов в ней.
Во второй главе рассмотрена геологическая характеристика Торгашинского месторождения известняка, включающая в себя историю геологического изучения района и месторождения, орогидрографию, стратиграфию, интрузивный магматизм и тектонику района, а также дана геологическая характеристика Торгашинского месторождения.
Третья глава посвящена общей характеристике флюидизатно- эксплозивных образований Торгашинского месторождения известняка – обломочным флюидолитам и аргиллизитам, а также жильным гидротермалитам – трем типам ониксов (слабодислоцированным, брекчированным, сферолитовым) и жильным крупнокристаллическим и друзовидным кальцитам. Рассмотрены их минералого-геохимические особенности, а также декоративные особенности ониксов Торгашинского месторождения.

11
В четвертой главе рассмотрены условия образования флюидолитов и
гидротермалитов Торгашинского месторождения, включающие в себя онтогенез месторождения, термические условия образования жильного кальцита, а также установление механизма образования флюидолитов и гидротермалитов и возраста исследуемых процессов методами абсолютной геохронологии.
Первое и второе защищаемые положения обосновываются материалом третьей главы, а третье положение раскрыто в третьей и четвертой главах.
Благодарности. Автор выражает признательность своему руководителю доктору геол.-мин. наук, профессору А.М.Сазонову.
Успешному выполнению способствовала совместная работа и консультации сотрудников кафедры ГМиП ИГДГиГ – профессора Р.А. Цыкина, доцентов С.А. Ананьева и Т.А. Ананьевой. Автор признателен за всемерную помощь и поддержку директору Музея геологии Центральной Сибири Ю.А. Задисенскому. Особую благодарность автор хотела бы выразить родным и близким, без чьей поддержки и помощи работа не смогла бы состояться.