Конкреции

Карбонатно-кремнистые конкреции с трещинно-прожилковой текстурой из отложений позднемелового возраста острова Сахалина (83,6-66,0 мин. лет назад, камлан-Маастрихт). Были образованы конкреции с «черепаховой» структурой.

Конкреции - минеральные стяжения, образующиеся вокруг включений в мелкозернистых пористых осадочных породах. Конкреции иногда содержат ископаемые остатки растительных и животных организмов/

В геологии интересны кремнистые конкреции со всемирно известного пляжа Миртос, а также с пляжа Авитос на западных склонах острова Кефалония в Греции были исследованы с помощью петрографических, минералогических, геохимических и микропалеонтологических методов. Изученные кремнистые конкреции залегают в тонкослоистых известняках нижнего мела на Миртосе и известняках верхнего эоцена на Авитосе. Конкреции из обеих областей имеют характерную концентрическую структуру в макроскопическом и микроскопическом масштабе. Оба они имеют плотную мелкозернистую кремнистую осадочную породу, состоящую в основном из микрокристаллического или скрытокристаллического кварца и моганита с обычным остаточным кальцитом в случае Авитоса.

Эти результаты, и в частности форма конкреций, а также их текстурные и композиционные характеристики, указывают на различные условия формирования в двух местах, как на ранних эпигенетических стадиях, так и на более поздних стадиях диагенетических процессов. Конкреции миртоса образовались из кремния-предшественника, отложившегося в пелагической среде и подвергшегося интенсивному замещению кремнием. Конкреции Авитоса отложились в более близкой среде, подвергшись менее интенсивному окремнению. Тем не менее, более высокая степень перекристаллизации образцов Avithos указывает на синдиагенетическую тектоническую активность, которая привела к циркуляции геотермальных флюидов.

Различные разновидности кремнистых осадочных пород (например, кремнистые конкреции, кремнезёмы, фарфор и т.д.) были исследованы во всем мире в соответствии с их текстурными, седиментологическими и физико-химическими характеристиками. Среди кремнистых осадочных пород преобладают кремнезёмы, которые описываются как кремнистые твердые породы, состоящие в основном из микро- и скрытокристаллического кварца и небольшого количества примесей, возраст которых варьируется от докембрия до четвертичного периода. Наиболее распространённый способ происхождения кремния в этих литологиях связан либо с биогенными, либо с гидротермальными процессами. Кремнистые породы обычно залегают в карбонатных породах (например, известняках, меле) в виде слоёв или конкреций, причём последние образуются после замещения карбонатных минералов аморфным биогенетическим кремнезёмом при изменении палеонакопительных или диагенетических условий. Разновидности кремнистых конкреций, которые демонстрируют зональность высокочистых микрослоёв серых тонов, обычно называют кремнями.

Повышенный научный интерес к кремнистым породам, как со стороны геологов, геммологов, так и археологов, объясняется тем фактом, что эти литотипы широко использовались различными культурами на протяжении всей истории человечества из-за их твёрдости и устойчивости к атмосферным воздействиям. Кроме того, их систематическое изучение даёт важную информацию об источнике образования кремнезёма, условиях палеоотложения и диагенетической эволюции. Например, Готце и другие исследователи показали обратную корреляцию между количеством моганита в агатах и возрастом их образования, в то время как Бурли связал различные размеры кремнистых конкреций с окислительно-восстановительными зонами и характеристиками вмещающих пород. Тем не менее, разнообразие типов кремнистых конкреций, вмещающих пород, сроков образования и диагенетических путей не позволяет создать упрощённую “модель генезиса”, хотя важность границ поступления кремния и окислительно-восстановительных процессов в недрах морского дна играет наиболее важную роль на ранних эпигенетических стадиях.

Детальная петрогеохимическая оценка таких пород в сочетании с их физико-механическими свойствами способствовала дальнейшему углублению знаний об их потенциальном использовании. Людтке обратил внимание на тесную взаимосвязь между минералогическими и микроструктурными характеристиками кремнистых пород (кремнезёмов), а также содержанием в них воды с их термомеханической прочностью и характеристиками сминаемости. Тем не менее, в настоящее время кремнистые породы в основном используются в качестве драгоценных камней и щебня, и в меньшей степени для других целей (например, для изготовления оружия, клинков, керамики, строительных материалов).

С другой стороны, археологи сосредотачивают своё внимание на источниках кремнёвых артефактов, поскольку эти породы играли важную роль в использовании доисторическими сообществами в качестве орудий труда после измельчения или термической обработки. Физико-химические характеристики (например, твёрдость, цвет, примеси и т.д.) и макро-микротекстурные характеристики (например, форма, излом, блеск, минералогия, размер зёрен, явления выветривания) являются очень важными критериями для исследователей и связанных с ними исследований происхождения кремнёвых артефактов, которые дают важные ответы на вопросы об их характере, о прошлом человека. методы и культура или дополнительная информация о миграции населения и развитии торговли. Однако недавние исследования показали, что для ответа на вопросы о происхождении кремнистых камней необходима подробная макроскопическая и петрогеохимическая характеристика. В Греции, как и во многих других местах по всему миру, были изучены выходящие на поверхность кремнистые конкреции, а также артефакты из различных регионов, таких как Западная Македония, Эгейское море или Ионическое море с геологической и археологической точек зрения.

Хотя кремнистые конкреции с острова Кефалония были предметом недавнего исследования, в этой статье впервые представлены характеристики кремнистых конкреций, залегающих в карбонатах, которые выходят на поверхность в заливах Миртос и Авитос, соответственно, в западной прибрежной части острова Кефалония (Греция).

Цель этого первоначального подхода - дать базовую характеристику кремнистых конкреций, а также интерпретацию их происхождения и диагенетической эволюции. Отбор проб конкреций проводился на обнажающихся карбонатных скалах на пляжах Миртос и Авитос. В общей сложности с каждого участка было собрано по три конкреции на основе их макроскопических характеристик (т.е. формы, текстуры, размера и цвета на основе. Однако, поскольку конкреции имели очень схожие макроскопические и петрографические особенности, геохимический анализ был проведён только по одному образцу на каждом участке.

Образцы MB, полученные на пляже Миртос, были обнаружены в тонкослойных микрокристаллических белых карбонатах, в то время как образцы AVB были собраны в виде обломков в неоген-четвертичном конгломерате, представляющих собой обломочный материал из карбонатных слоёв.

Были обнаружены макроскопические сходства и различия между образцами кремнистых конкреций из двух разных местностей. Во всех образцах породы, взятых вручную, была выявлена микрокристаллическая или скрытокристаллическая текстура с раковидным изломом и твёрдостью 6,5–7 баллов по шкале Мооса, а также чётко выраженная цветовая зональность, варьирующаяся от белого до серого и бежево-серого.

Собранные конкреции из района Миртос характеризуются плотным, твердым телом серого цвета с полустекловатым блеском, покрытым внешней белой коркой шириной в несколько сантиметров, которая имеет меньшую твёрдость, чем внутренняя серая част, а в некоторых местах имеет красно-выпадает в осадок коричневый оксид металла. Кроме того, основной корпус имеет концентрическую скрытокристаллическую текстуру от внутренней к внешней части сердцевины с небольшими изменениями в цвете.

Изученные кремнистые конкреции с пляжей Миртос и Авитос на острове Кефалония демонстрируют характерные концентрические структуры как в макроскопическом, так и в микроскопическом масштабе, что более заметно в образцах с пляжа Авитос. В целом, проанализированные конкреции из обоих местонахождений представляют собой плотную мелкозернистую кремнистую осадочную структуру, состоящую в основном из микрокристаллического или скрытокристаллического кварца с редким или распространённым остаточным кальцитом. Кремнистые радиолярии и другие биокласты в микроструктурах конкреций отражают биогенный источник кремнезёма.

Конкреции Миртоса

Основные текстурные характеристики изученных конкреций, а именно размер зёрен и концентрическая зональность, связаны с очень ранней стадией захоронения (ранней эпигенетической стадией) и/или диагенетическими условиями образования. На ранней эпигенетической стадии основными факторами являются физико-химические условия под морским дном (т.е. окислительно-восстановительный потенциал), которые контролируют растворение и осаждение кремнезёма, любую биотурбационную активность и текстурные характеристики окружающих известковых растворов. На более поздних диагенетических стадиях основными факторами являются текстурные характеристики вмещающих пород, включая пористость, любая тектоническая активность, приводящая к образованию трещин, а также циркуляция диагенетических и/или гидротермальных/геотермальных флюидов.

Как правило, моганит, являющийся полиморфом SiO2, используется в качестве диагенетического показателя, поскольку он считается умеренно аморфной фазой образования микрокристаллического кварца. Таким образом, присутствие моганита в исследованных образцах свидетельствует о том, что биогенетический аморфный кремнезём первоначально был осаждён, а затем почти полностью перекристаллизовался по мере увеличения степени диагенеза. Следовательно, количество и/или кристалличность моганита, а также образование кристаллического кварца за счёт моганита и аморфных фаз являются показателями уплотнения во время захоронения и/или воздействия циркулирующих диагенетических/гидротермальных растворов, а также тектонических воздействий. Содержание моганита в исследованных образцах, согласно работе Гретша и Грюенберга, указывает на приблизительный возраст образования ~150 млн лет. Этот возраст соответствует возрасту отложений нижнемеловых образцов Миртоса, но образцы Авитоса намного моложе (эоцен).; таким образом, кремнистые конкреции Авитоса оказывают дополнительное воздействие, помимо обычной истории захоронения.

Для выяснения условий образования отложений используются определенные геохимические методы. Исходя из относительных концентраций оксидов кремния, алюминия и железа, предполагается, что местом образования отложений была континентальная окраина. Более того, диаграмма, предложенная Адачи и соавторами, предполагает гидротермальное воздействие; тем не менее, как в доапулийском, так и в ионическом периодах не сообщалось о магматической активности, следовательно, в нашем случае более уместно предположить влияние диагенетических (геотермальных) флюидов.

Судя по сохранившимся биокластам в матрице конкреций, конкреция Миртос относится к раннемеловому возрасту и залегает в тонкослойных микрокристаллических известняках, которые сформировались в пелагической относительно глубоководной среде. Конкреции MB почти полностью состоят из кремнистого материала (в основном кварца), что отражает богатую кремнием палеосреду, а также осаждение кремния в относительно стабильных физико-химических условиях на ранней эпигенетической стадии вскоре после захоронения. Высокое содержание кремнезёма в таких условиях, вероятно, можно объяснить более высокой растворимостью ионов кальция, действующих в качестве электролитов, по сравнению с кремнием; такое насыщение раствора Са2+ отражается в отложении чистого микритного известняка, выступающего в качестве вмещающих пород. Этот процесс способствовал наблюдаемому ускоренному окремнению миртоса, о чем свидетельствует появление “призрачных” радиолярий и известковых биокластов, полностью замещённых кремнезёмом.

Интересной особенностью конкреций Миртоса является более молодая внешняя белая кремнистая корка, которая обладает меньшей твёрдостью, а также меньшим размером кристаллов кварца по сравнению с основной массой. Образование этой корки связано с наличием остатков биокластов, которые были устойчивы к окремнению. В качестве альтернативы, это может быть результатом трения на границе раздела конкреции и вмещающей породы. Кроме того, незначительное присутствие непрозрачных минералов в микрозонах матрицы МБ может быть связано с циркуляцией диагенетических растворов во время эпизода выпадения осадка на ободе и/или результатом выветривания, способствующего дальнейшему образованию рыхлой структуры.

Более того, размер сферолитов (до 200 мкм) может быть обусловлен пористостью вмещающей породы и/или размером зёрен, замещённых во вмещающей породе. Первичная пористость вмещающей породы, по-видимому, влияет на конечный размер и форму кремнистых конкреций; пелагические известняки, такие как нижнемеловые в Миртосе, имеют низкую пористость, что, возможно, способствовало наблюдению хорошо сформированных субсферических и сферических конкреций во время диагенеза.

Кремнистые конкреции Авитоса

Исследованные конкреции из Авитоса содержат биокласты, которые указывают на возраст эоцена.

Природа биокластов с Авитоса представляет собой неглубокую среду на шельфе или выступе склона, в которой на режим осадконакопления влияли как химические осадки, так и приток обломков.

Структура конкреций AVB свидетельствует об избирательном замещении первичных карбонатов кремнистым материалом; тем не менее, частые остатки кальцита указывают на более изменчивые физико-химические условия, чем в случае с Миртосом, а также на поступление кремнезёма в период выпадения осадков. Более того, в случае кремнистой конкреции AVB1, в которой сохранился кальцит, Sr также не был полностью мобилизован во вмещающие породы. Больший размер сферолитов (до 300 мкм) в конкрециях, вероятно, объясняется большей пористостью вмещающей породы. Тем не менее, дополнительные факторы, которые могли бы сыграть значительную роль, включают тектоническую активность в сочетании с циркуляцией геотермальных или диагенетических флюидов. Эпигенетическое тектоническое воздействие более очевидно в конкрециях Авитоса, о чем свидетельствуют микротрещины, дополнительно способствующие вторичной пористости; это более очевидное воздействие может быть связано либо с интенсивностью тектонизма, и/или с примесями кальцита в конкрециях, которые снижают механическую прочность.

С точки зрения диагенетического анализа, представленные данные, в частности, об относительных концентрациях кварца и моганита и их кристалличности, позволяют предположить, что конкреции Авитоса содержат более крупные кристаллы кварца, а также более высокую кристалличность моганита, чем конкреции Миртоса. Следовательно, несмотря на меньший возраст, чем у Миртоса, конкреции Авитоса, по-видимому, подверглись более высокой степени диагенеза, что, возможно, связано с сочетанием других факторов, таких как тектонические и геотермальные воздействия.

Выводы

Исследовательская работа включает в себя первую попытку изучить характеристики кремнистых конкреций, содержащихся в карбонатах, которые выходят на поверхность на пляжах Миртос и Авитос, в западной прибрежной части острова Кефалония, в Греции. Цель исследования - изучение текстурных и композиционных особенностей кремнистых пород с применением комплекса оптических и электронных микроскопических методов, минералогического и геохимического анализа. Ниже кратко изложены основные выводы этого исследования:

• На пляжах Миртос и Авитос встречаются концентрические сферические и эллиптические кремнистые конкреции соответственно.
• Конкреции миртоса сформировались в более отдалённом и глубоком палеоценовом окружении, чем конкреции Авитоса.
• Присутствие моганита в обоих местах свидетельствует о наличии предшественника аморфного кремнезёма биогенного происхождения, например, из радиолярий.
• Нижнемеловые кремнистые конкреции Миртоса (похожие на кремень) обладают более высокой кремнистой чистотой, чем эоценовые конкреции Авитоса, которые содержат значительное количество кальцита.
• Однако полученные данные указывают на более высокую степень перекристаллизации кремнистых конкреций в Авитосе, чем в Миртосе, что, вероятно, связано с циркуляцией диагенетических флюидов вдоль тектонических трещин.
• Распределение Al-Fe-Mn является дополнительным свидетельством геотермального влияния на конкреции Авитоса.
• Тщательные исследования кремнистых конкреций дают более полное представление о соответствующих условиях формирования осадочных пород, а также о диагенетических путях.