Особенности осадочных месторождений,образованных из истинных растворов

Образование месторождений каменных солей связывают с процессом соленакопления в осадочных солеродных бассейнах — галогенезом. По гидрохимическим особенностям современного соленакопления выделяют три типа галогенеза, в которых по-разному распространены типичные минералы каменных солей. На этой основе выделяют хлоридные, сульфатные и содовые соленосные толщи (формации). В рассматриваемых минеральных парагенезисах галит является сквозным и доминирующим во всех галогенных отложениях. Сильвин также может присутствовать во всех ассоциациях, однако наиболее широко распространен в хлоридной и сульфатно-хлоридной группах.

Современные районы образования эвапоритов располагаются исключительно в аридных областях. В некоторых местах за счет испарения грунтовых вод могут образовываться приповерхностные селитренники, как это отмечается в предгорных пустынях Чили и Перу. В других - за счет интенсивного испарения грунтовых вод и мелких озер накапливаются доломиты, гипсы и галит, как это отмечается в пустынях Намибии, Сомали, Западной Австралии и Средней Азии или прибрежной равнины Персидского залива (себхе). В озерах, содержащих вулканогенный материал, могут образоваться месторождения соды, бора и цеолитов (западная часть Северной Америки, Малая Азия). В третьих случаях осаждение солей наблюдается в морских бассейнах, также расположенных в пустынях и полупустынях (Мертвое море). Следует иметь в виду, что формирование эвапоритов может происходить как в приэкваториальных пустынных регионах, так и в районах локальной аридизации в других климатических поясах.

Среди солеродных бассейнов выделяют четыре типа:

1.осолоненных озер, небольших заливов и лагун;

2.крупных морских заливов или мелководных изометричных или глубоководных линейных;

3.эпиконтинентальных морей;

4.крупных внутриконтинентальных морей (предполагаются лишь аналоги пермского возраста).

В эвапоритовых разрезах выделяют собственно соляные, соленосные и вмещающие их осадочные породы. Они группируются в породные ассоциации и соленосные формации. Соленосные породы чаще всего ассоциируют с хемогенными карбонатными и терригенными песчано-глинистыми красноцветными отложениями, реже включают биогенные и вулканогенные образования. Как правило, разрез галогенной формации представляет собой регрессивную серию отложений. Она включает снизу вверх: морские терригенно-глинистые отложения — известняки — доломиты — сульфаты — галит — калийные соли — магниевые соли — покровные сульфаты — терригенные красноцветные отложения.

В мире известно более ста галогенных осадочных формаций. Наиболее распространены галитсодержащие, менее — калийно-магниевые, всего три формации — содовые. Такое соотношение объясняется большим распространением сульфатных галитсодержащих осадков, в которых галит и небольшие количества сильвина фиксируют начальные стадии испарительной концентрации по сравнению с хлоридными калийно-магниевыми.

Характерны фациальные переходы соленосных отложений, с одной стороны, в морские карбонатные, а с другой — в глинистые континентальные. Отложения, вмещающие залежи гипса, галита и сильвинита представлены красноцветными породами. В последних имеются признаки, указывающие на их образование в аридном климате (первичная красноцветность, присутствие карбонатных конкреций, каличе, отсутствие или угнетенность фауны, остатки флоры и др.). Толщи, содержащие ассоциации содового галогенеза, концентрации бора и цеолиты располагаются исключительно в сероцветных комплексах.

Как современный, так и реконструированный древний рельеф областей соленакопления отличается выровненностью и отсутствием долин. Это предопределяет возможность длительной хемогенной седиментации из насыщенных и пересыщенных водных растворов. Появление в зоне осадконакопления большого количества терригенного глинистого материала подавляет образование эвапоритов. Аридные условия и высокая соленость определяют стерилизацию водоемов и резко подавленное развитие биогенных осадков.

Солеобразование отмечено во всех геологических периодах, начиная с раннего докембрия и до современной эпохи. Однако наиболее крупные скопления каменных солей сопровождают эпохи завершения крупных геотектонических циклов — байкальского (кембрий), каледонского (силур—ранний девон); герцинского (поздняя пермь), киммерийского (поздняя юра-ранний мел), альпийского (миоцен). Солеродные бассейны располагаются в депрессиях, чаще платформенных, а также в их краевых прогибах (Приуральском, Прикарпатском и др.) или межгорных впадинах, рифтогенных зонах (Днепрово-Донецкая впадина и пр.). Калийные соли встречаются исключительно в платформенных структурах, натровые и магниевые не имеют такого ограничения. Депрессионные зоны соленакопления должны быть отгорожены от открытых морских бассейнов и включать промежуточные бассейны. В континентальных условиях они должны быть конечными водоемами стока.

Седиментация эвапоритов происходила в условиях однонаправленных и сравнительно интенсивных опусканий крупных блоков земной коры. При этом за счет выровненного рельефа осадконакопление не компенсировалось поступлением обильного терригенного материала. Важно подчеркнуть, что скорость накопления солей превышала скорость накопления подстилающих и перекрывающих известковых и алеврито-глинистых осадков более чем на порядок. По данным М. П. Фивега и А. А. Иванова 500-метровая толща каменной соли могла накопиться за 24 000—35 000 лет, то есть со скоростью 16 — 28 см за 1000 лет. В целом эти значения соответствуют скоростям седиментации во впадинах, удаленных от источников обломочного материала.

Солеродные бассейны существенно различаются своими размерами (от первых тысяч до миллионов кв. км). Залежи каменной соли занимают различные части от площадей бассейнов, составляя от 6 до 70%. Месторождения калийных солей всегда располагаются внутри галитовых бассейнов, занимая от 5% (Рейнский грабен) до 24% (Предкарпатский прогиб) и даже 40% (Верхнекамское месторождение). Наиболее крупными солеродными бассейнами были кембрийские Восточно-Сибирский и Ирано-Пакистанский и пермские Восточно-Европейский и Западно-Европейский.

Пласты каменных солей характеризуются внутренним ритмичным строением. Как правило, в основании ритмов залегают гипс-ангидритовые слои, выше переходящие в галитовые, сменяющиеся карналлитом. Мощность и строение разрезов увеличиваются в сторону центральных частей бассейнов галогенеза. Соленосные формации могут слагать толщи мощностью до 700 и более метров. Калийные соли занимают часть от галитовых толщ и встречаются либо в виде маломощных (0,5 — 1,5 м) прослоев и линз, либо одного или многих мощных (до 25 м) пластов.

Типичны текстуры ленточной слоистости, которые интерпретируются в качестве сезонных или годовых слойков. Часто встречаются текстуры оползания, обрушения и брекчий растворения, свидетельствующие о сложных диагенетических и постседиментационных процессах растворения и выщелачивания соленосных отложений.

Характерными особенностями эвапоритовых месторождений являются проявления галотектоники — вязко-пластических деформаций солей и соленосных глинистых пачек. Особенно ярко это выражается в древних месторождениях, где мощные залежи соли перекрыты вышележащими толщами. Для соляных залежей достаточно иметь мощность более 300 м, чтобы начались пластические деформации в основании таких пачек. Каменные соли и насыщенные водой глины можно рассматривать в качестве особых неньютоновских вязких жидкостей. Для последних характерно уменьшение вязкости при увеличении внешнего давления и последующее ее восстановление после снятия напряжений.

В этой связи залежь каменной соли при получении определенного литостатического или тектонического давления начинает двигаться в зону с меньшими напряжениями и формировать весьма причудливые сложные складки нагнетания. Там, где мощность вышележащих отложений небольшая (либо из-за замедленного осадконакопления, либо по причине постседиментационной эрозии), а также из-за вертикальных или горизонтальных блоковых движений соль начинает двигаться, часто выдавливается вверх, поднимает и прорывает вышележащую толщу. Так формируются соляные купола и диапиры.

Существует четыре типа галогенных месторождений: 1) современные рассолы озер и морей бассейнов (рапа), представляющие собой поверхностные скопления гидроминерального сырья; 2) рассолы подземных вод (подземное гидроминеральное сырье); 3) соли современной садки; 4) древние соли.

Месторождения рассолов. В современных морских водах растворено 35 г/кг солей, из них 99,9% слагают 7 солей: галит NaCl — 77,7%, бишофит МдС1₂ — 10,9%, эпсомит MgS0₄-7H₂0 — 3,7%, ангидрит CaS0₄ — 3,6%, сумма (K₂S0₄ — арканит + кальцит СаСО_э + бораты, броматы) — 3%. В рассолах современных солеродных бассейнов суммарные концентрации солей достигают 250 — 300 г/кг при примерном сохранении приведенных пропорций компонентов.

Современная концентрация солей в растворах происходит в соленых озерах и морских заливах во всех засушливых районах мира. Наиболее крупными месторождениями современных поверхностных рассолов являются — Большое Соленое озеро в США, Мертвое море на Ближнем Востоке, Прикаспийский залив Кара-Богаз-Гол в Казахстане и Приазовский Сивашский залив в степном Крыму. Все они до недавнего времени были наиболее значительными неисчерпаемыми (возобновляемыми) экологически чистыми источниками гидроминерального сырья.

В подземных рассолах общая концентрация солей (минерализация) колеблется от 35 г/л до 600 г/л. и более. Практически все районы распространения рассолов совпадают с залежами каменных солей. В этой связи выделяются подсолевые, надсолевые и внутрисолевые рассолы, отличающиеся по соотношению концентраций натрия, кальция, магния, хлора и сульфат-иона и микрокомпонентов. Подсолевые и внутрисолевые рассолы рассматриваются в качестве седиментогенных древних захороненных и метаморфизованных вод. Надсолевые рассолы могут иметь метеорное происхождение и в таком случае называются рассолами выщелачивания.

Концентрация полезных компонентов в подземных рассолах может происходить во время накопления каменных солей и позднее в результате обменных реакций в системе «рассол-порода». Подземные рассолы встречаются, как правило, в нижних частях крупных артезианских бассейнов и редко приближаются к дневной поверхности. Они сопровождают залежи нефти и газа.

Месторождения солей. Солеродные бассейны могут быть изолированными или связанными с морями с нормальной соленостью. Среди современных бассейнов со-ленакопления выделяется три разновидности:

- прибрежные равнины типа себхи (засолоненная равнина на юге Персидского залива)

- внутриконтинентальные озера (Баскунчак, восточная часть Балхаша, техногенно осолоненный Арал и др.) с субаэральным осадконакоплением;

- замкнутые морские заливы и лагуны, в которых происходит отложение в условиях от мелководных (Кара-Богаз, Сиваш) до глубоководных (Бокано-де-Вирилла в Южной Америке) с глубиной до нескольких сотен метров; глубокие бассейны внутри соленых морских вод (Мертвое море).