Исследователь Исследователь

Исследователь
  
новости  |  о проекте  |  карта сайта  |  форум  |  подписка на новости
Разделы сайта

Другие материалы
ПРАКТИКА
Версия для печати

Изучение сероносного разреза тортона Прикарпатья.


Автор: Чурсин Юрий
Научный руководитель: Гурвич Елена Моисеевна

Введение.

В ноябре 1999 г. мы посетили Язовское месторождение в Прикарпатье и хотели изучить особенности этого минерала, и сравнить серу этого месторождения с серой других, в частности магматических месторождений. Однако нам не удалось этого сделать из-заполомки прибора в научном институте. Но, так как особенности серыво многом зависят от условий ее образования, мы решили исследовать разрез тортона этого района, времени, когда сера образовалась. Во время поездки мы описывали обнажения как пород нижнего, так и верхнего торона и отобрали образцы, а кроме того до сих пор у ученых идет спор относительно генезиса серы — возникла ли она сингенетично, то есть одновременно с породами, в которых она находится, или это минерал эпигенитический, то есть возник уже тогда, когда породы уже образовались, как более поздний минерал.

Место серы в мире минералов.

Сера — самородный минерал. Физические свойства серы.

Минералы можно классифицировать по-разному. При химической классификации минералы делятся по химическому составу: самородные элементы, окислы, сульфиды, силикаты и т. д.

Сера — минерал класса самородных элементов. Кристаллическая структура молекулярная, элементарная ячейка состоит из 16 электрически нейтральных кольцеобразных молекул S8.. Цвет желтый различных оттенков. Блеск на гранях алмазный, в изломе жирный. Плотность 2050—2090 кг/м3. Хрупкая. Спайность отсутствует. Твердость 1,5—2. Электропроводность и теплопровод? ность очень слабые. Хороший изолятор. Ромбическая S лимонно-желтого цвета, плотность 2070 кг/м3, температура плавления 112,9°С, моноклинная медово-желтого цвета, плотность 1960 кг/м3, температура плавления 119,3°С. При плавлении сера сначала становится жидкой и желтой, а потом вязкой и красной, т. к. происходит полимеризация — разрушение связей в молекулах серы и появление новых.

Сера — минерал ромбической сингонии.

Минералы классифицируют и по симметрии элементарной ячейки кристаллической решетки, т. к. она определяет многие свойства минералов и форму их кристаллов.

В земле иногда находят камни такой формы, как будто их кто-тотщательно выпиливал, шлифовал, по? лировал. Это — многогранники с плоскими гранями, с прямыми ребрами. Правильные и совершенные фор? мы этих камней, безукоризненная гладкость их граней поражают нас. Трудно поверить, что такие идеальные многогранники образовались сами, без помощи человека. Вот эти-токамни с природной, т. е. не сделанной руками человека, правильной, симметричной, многогранной формой и называются кристаллами.

Кристаллы, залегающие в земле бесконечно разнообразны. Размеры природных многогранников достигают подчас человеческого роста и более. Приглядевшись к кристаллам внимательнее, нетрудно увидеть их особенность гораздо более характерную: кристаллы разных веществ отличаются друг от друга своими формам. Но, с другой стороны, просто бесконечное разнообразие было бы не чем иным, как хаосом, беспорядком. Такого хаотического, случайного многообразия мы не наблюдаем нигде в природе — везде своя система. Недаром лучшие умы науки о кристаллах так настойчиво искали общие зако? номерности их формы. И оказалось, что все бесконечное разнообразие кристаллов укладывается в 47 типов простых форм и 32 математически строгих закона симметрии!

Обозревая царство минералов в целом, можно увидеть следующую картину: кристаллы 12,5% минеральных видов принадлежат к высшей категории симметрии (кристаллы высшей категории оптически изотропны и обязательно имеют по четыре оси L3), 26,5% -к сред? ней (у кристаллов средней категории ось симметрии порядка выше двух только одна) и 61 % — к низшей категории (осей симметрии порядка выше двух нет совсем).

Также мы сможем подразделить все кристаллические многогранники на семь систем, или кристаллографических сингоний (от греческого слова, означающего «сходноугольность»).

  • В высшей категории окажется одна сингония, называемая кубической. Поскольку она единственная, ее признаки, очевидно, совпадут с признаками высшей категории кристаллов.
  • Средняя категория в зависимости от порядка главной оси разделится на три сингоний: гексагональную («одна ось L6»), тригональную («одна ось L3») и тетрагональную («одна ось L4»).
  • Низшая категория делится на ромбическую сингонию, в элементарной ячейке кристаллической решетки которой все углы равны 90, моноклинную -два угла равны 90, а один не равен и триклинную, где все углы разные. К этой низшей категории и относится сера. Она образует 3 полиморфы: a, b и g серу, но устойчива в виде двух полиморфных модификаций: ромбической серы и моноклинной серы. Полиморфизм — это способность химического соединения образовывать несколько минералов с разными кристаллическими решетками. Одно и тоже химическое соединение в разных условиях образует разные минералы, устойчивые в определенном диапазоне условий. Ромбическая сера устойчива при температуре до 95,6°С, а при ее повышении переходит в моноклинную (при атмосферном давлении).
Образованиие серы.

Существуют 2 главных типа образования серы:

  • Эндогенный тип: ? сера образуется, из паров серы и газов сероводорода, сернистого и серного газа и пара из трещин вулканов или из неостывших еще лавовых потоков. Они имеют различный химический состав. Наибольшее выделение серы происходит сольфатар (от итальян. zolfo — cера) сернистых фумарол, пар которых содержит сероводород, сернистый газ с температурой 90 — 300° С.
  • Экзогенный тип: В экзогенных процессах сера образуется несколькими путями.
  1. В осадочных водоемах, сингенетично с образованием осадка. Источником серы могут служить поступающие на дно бассейна сероводородные источники, сероводород которых окисляется до серы. Такие источники известны в водоемах многих нефтегазоносных областей. Например, ил с содержанием до 50% S имеется в некоторых озера Африки и Куйбышевской области (оз. Серноводск).
    Другим источником может быть сульфат вод соленых лагун, в которых имеется в разрезе вод верхняя окислительная и нижняя восстаносительная зоны. В восстановительной зоне сульфатредуцирующие бактерии восстанавливают сульфат до сероводорода, который, поднимаясь в окислительную зону, окисляется до серы и выпадает обычно вместе с известковым илом. Образуются сероносные известняки (при окислении сульфата часть серы соединяется с Са, возникает CaS + H2S + + CO2 -- CaCO3 + H2S).
  2. В ходе эпигенетических изменений в уже существующих породах. В гипсоносных толщах при движении вод с углеводородами происходит восстановление сульфата до сероводорода, а углеводороды образуют в результате окисления СО2 и Н2О, в результате гипс и ангидрит замещаются кальцитом и серой, и возникают вторичные сероносные известняки.
  3. Сера образуется при неполном окислении серосодержащих минералов. Сульфидные минералы содержащих сульфиды пород и сульфидных руд, оказавшихся на поверхности и в пределах зон окисления, неустойчивы в этих условиях. В результате сложных реакций они окисляются, может быть, при участии микроорганизмов; при этом они теряют связь с серой, а послед? няя окисляется, до иона сульфата, попадает в раствор и уходит из данной системы. Иногда сульфатный ион соединяется с металлами и образует в зоне окисления сульфаты: гипс, алуниты. Но иногда происходит неполное окисление сернистого минерала с выделением элементарной серы.

В эксперименте можно вырастить кристаллы серы из раствора (она растворяется в органических растворителях, в бензине) или из расплава. Мы попробовали вырастить серу из расплава. Мы нагрели серу в колбе с коническим дном с помощью сосуда с раскаленным песком. Старались нагреть не выше 190°т. к. плавление серы достигается при 113°(во избежание полимеризации). В результате кристаллизации из расплава возникла сплошная масса, в которой видны дендритные структуры, ромбы, призмы, иглы.

Добыча природной серы.

Природная сера получается из месторождений серных руд, газовая — при очистке природных газов, из сероводорода и сернистого ангидрида которые из газа выделяют абсорционными методами. Получение серы из газов осуществляется путем восстановления их метаном, углем и т. д.

В России умели добывать «серу горючую» из сероводородных ключей в ряде мест Северного края. В сер. 17 в. в Самарском и Казанском По? волжье были открыты месторождения самород? ной серы. Добыча ее в незначительных количествах велась со времен Петра I. К началу 20 в. ее производство прекратилось, и с 1911 Россия импортировала серу из др. стран. В 1913 в страну было ввезено 26 тыс. т серы.

Первый серный рудник в СССР вве? ден в эксплуатацию в Крыму в 1930. В 1934 введены в эксплуатацию серные предприятия в Поволжье и Туркмении на которых был впервые применен комбинированный метод получения серы. Это позволило довести объем производства природной серы в стране до 40 тыс. т в год. На месторождениях серу добывают карьерами -открытым способом и с помощью подземной выплавки (скважинный метод). При открытой добыче технологическая система обогащения серных руд включает: дробление, тонкое измельчение в водной среде и флотацию. В результате флотации получают концентрат, из которого выплавляют серу в автоклавах.

Изучение литологии разреза тортона в районе Язовского серного месторождения Прикарпатья.

Стратиграфия района.

Залежи серы на месторождении сосредоточены в породах верхнего тортона. Нижний тортон представлен песками, песчанниками и литотамниевыми известняками, к верхнему тортону относятся отложения Тиррасской свиты. В этой свите выделяются 3 горизонта: нижний хотинский — карбонатные и целестин-карбонатные породы, на которых залегают гипсо-ангидритовая толща крещатинского горизонта и, наконец, выше располагаются сероносные известняки и известняки Ратинского горизонта.

Пески и литотамниевые известняки нижнего тортона.

Отложения нижнего тортона мы наблюдаем в окрестностях Сихова в обнажениях у Киевского шоссе. Разрез представлен песками и песчаниками. Пески тонко слоистые. Основная часть песков зеленоватая, как мы предположили в поле из-заглауконита. Часть песков ослепительно белые. В некоторых слоях пески пятнистые зеленые с белыми пятнами, иногда вокруг белых пятен охристые кольца лизеганга. В некоторых горизонтах хорошо видна косая слоистость. В разрезе песков выше их средней части располагается горизонт песчаников, разбитый на плиты. Они очень разные. Одни мелко ломаются при ударе, другие очень плотные и трудно разламываются. Все плиты содержат катбонат, иногда небольшие желваки литотамния, а наиболее плотные еще и окремнены. Толщина плит 18 — 27 см, но у отдельных плит до 74 см. Песчаники известковистые с мелкими колониями литотамния. Местами сильно обохрены.

Были отобраны пробы из песков нижнего тортона с низу вверх по разрезу. Проба N1 была отобрана из нижней части разреза, проба N2 из середины разреза, проба N3 из надплитного горизонта, а проба N4 из линзы неслоистых песков. Был проведен гранулометрический анализ их с помощью стандартной колонны сит, с отверстиями диаметром 1; 0,55; 0,25; 0,1мм. Фракция с каждого сита была взвешена и определена доля (в весовых процентах) фракции с каждого сита во всех пробах. Результаты представлены на графиках (Рис. 1,2,3,4.).

Как видно на графике гранулометрического состава пробы из нижнего горизонта количество частиц с сита диаметром 1 мм практически идентичны количеству частиц с сита того же диаметра в других пробах, кроме пробы N3, где несколько выше. К-во частиц с сита диаметром 0,55 мм (1>n>0,55) пробы N1 сильно отличается от других проб, (наибольшее их к-во в пробе N3, где процентное содержание от всей пробы равна 15,83 %).

Что касается фракции с сита диаметром 0,25 (0,55>n>0,25) мм то разница между пробами N2, N3 и N4 невелика и содержание колеблется от 77% до 84%, в отличие от пробы N1, где содержание ее составляет лишь около 49%.

В пробе N1 количество частиц с сита с диаметром 0,1 (0,25>n>0.1) мм к-во частиц значительно превышает остальные пробы: превышение составляет от 40% до 28%.

Процентное содержание частиц на поддоне (т. е. частиц диаметром менее 0,1 мм) примерно одинакова во всех пробах.

Таким образом, пески нижнего горизонта (проба N1) отличаются от остальных песков разреза по содержанию частиц с сита 0,55 и 0,25 и с сита 0,1.

Они характеризуются примерно одинаковым к-вом частиц размером 0,55>x>0,25 и частиц 0,25>x>0,1, в то время как в песках более верних горизонтов резко преобладают частицы размером 0,55 >x>0,25, что говорит о лучшей сортированности песков верхних горизонтов.

Наибольшая доля до ~16% материала диаметром 1,0>x>0,55 в пробе N3 из песков надплитного горизонта. Доля гравийного материала также как и наиболее тонкого колеблется в пределах от 0,1 до 2%.

Для изучения минерального состава мы рассмотрели пробы под микроскопом МБС-1.

Кварц преобладает во всех пробах, но его цвет варьируется от бесцветного, до розового, черного и желтого, доля которых меняется. Турмалин присутствует только в пробах N2 и N3. Глауконит есть везде, но в третьей его очень мало, в первой он уступает по количеству только кварцу, а в четвертой он выветрилый, рыжего цвета, что свидетельствует о том, что он находится на воздухе, а не в водной среде. Об этом свидетельствует и присутствие в этой пробе остроугольных неокатанных зерен кварца, в то время как в остальных присутствует только окатанный кварц. В пробе N1 также как и пробах N2 и N4 присутствует рутил.

Первая проба характеризуется наличием белых ажурных витых раковин и трубочек, — т. е. остатков фауны. В остальных раковин нет, только единичные находки трубочек. Раковины и трубочки мы показали палеонтологу И. А. Басову в Институте Литосферы РАН. Он определил, что «трубочки» это иглы ежей, а раковины — принадлежат фораминерам — рода Elphidium и Anomalina. Фораминиферы относятся к подцарству простейших или одноклеточных организмов. Раковина секреционная, известковая, многокамерная, спирально-плоскостная. Камеры разграничены изогнутыми септильными швами, между которыми имеются системы поперечных приподнятых мостиков и углублений между ними. Anomalina — бентосные фораминиферы, их раковины асимметричны — с одной стороны более выпуклые. Данные организации либо лежат на дне свободно, либо прикреплены ко дну, либо зарыты в ил. Представители рода являются эвригалинными формами (могут жить в условиях с разной соленостью воды).

Во время описания обнажения в надплитных песках были обнаружены раковины двустворок, относящихся к типу моллюсков. Это Chlamus? ы. Двустворки очень разнообразны по образу жизни — есть зарывающиеся в ил, есть прикрепленные или просто лежащие на суше. Chlamus? ы — временно плавающие — они могут плыть, хлопая створками, в придонном слое воды или прикрепляться ко дну с помощью биссуса. Значит, это бентосные организмы, присутствие которых говорит о нормальном кислородном режиме придонных вод.

В песках, кроме того, найдены обломки игл ежей. Ежи относятся к типу иглокожих, организмов с пятилучевой симметрией. Это многоклеточные бентосные организмы, стеногалинные, не любят опреснения. Глубина обитания различна.

В некоторых горизонтах песков встречаются корочки и желваки литотамний, что говорит о достаточных мелководных условиях их отложения.

Таким образом, среди песков выделяется нижний горизонт, заметно обогащенный глауконитом и фаунистическими остатками, и пески неслоистые из линзы в верхней части разреза содержащие неокатанный кварц и выветрилый глауконит, что свидетельствует об их субаэральном образовании.

Выше по разрезу непосредственно под почвенным горизонтом находятся сильно выветрилые литотамниевые известняки, превращенные в скопления литотамния, иначе называемые красными водорослями.

Красные водоросли — многоклеточные (наиболее примитивные- од? ноклеточные) растения, они имеют окраску от желто-красной до голубоватой и зеленой (сочетание пигментов фикобилина, фукоксантина, ка? ротина, ксантофилла). В противоположность другим водорослям их спо? ры и гаметы не несут жгутиков. Бесполое размножение осуществляет? ся с помощью тетраспор, которые могут погружаться внутрь слоевища. Слоевища некоторых красных водорослей (10% современных форм) обладают способностью обызвествляться, и сохраняться в ископаемом состоянии. Красные водоросли живут в основном в морских, реже в пресных водоемах и в почве, предпочитая тепловодные бассейны с нормальной соленостью. По сравнению с другими водорослями он распространены до наибольших глубин сублиторали. Нами были рассмотрены литотамнии из некоторых горизонтов песков, которые представляют собой желваки размером до 7,5см, пористой структуры, имеют бугорки белого цвета, у некоторых большое количество закварцованных впадинок и трещин, местами многие камни обохрены.

Красные водоросли известны с кембрия по настоящее время, и расцвет приходится на мезозой и кайнозой; многие из них участвуют в образовании коралловых построек.

Гипсо-ангидритовая толща.

Мы наблюдали ее в окрестностях г. Львова у станции Щирец. Месторождение представляло собой крупный карьер, ныне разрабатываемый. Хорошо видны типичные для гипсовых толщ изгибы пород, так как переход гипса в ангидрид и обратно происходит с изменением обьема, создается вспучивание и прогибание пород. Это связано с тем, что кристаллы гипса содержат воду, химическая формула гипса — CaSO4 *2H2O , а ангидрит отвечает своему названию — безводный, его формула CaSO4.

В крупных темно-серых глыбах хорошо видны крупные кристаллы гипса и их срастание. Максимальная длина кристаллов — от 49 до 61 см, ширина — 12—15 см. При ударе по этим глыбам выделяется Н2S — сероводород. Если слоистые гипсы и ангидриты — отложения из вод солеродных лагун, то крупно кристаллические гипсы отлагались в субаэральных прибрежных условиях в периоды заплеска лагунных вод и подтока их в береговые осадки.

Ратинские известняки. Видна линзовидно-слоистое расположение серы в этих известняках. Цвет известняков меняется от белого до темно-серого, в зависимости от расположения линз серы. Известняк хорошо вскипает под действием HCl. Содержит пустоты. Среди сероносных пород встречаются прослойки гипса. Хорошо видна пирамидальная форма вершин кристаллов гипса. Присутствует прослойка очень тонкого кристаллического ангидрита.

Наши наблюдения показали, что сера встречается как в слоях известняков, так и в гипсо-ангидритовых слоях.

При изучении серосного разреза тортона Прикарпатья наиболее интересные данные представляют собой данные о разрезе нижнего тортона. Благодаря проведенным исследованиям мы выявили, что в разрезе присутствует горизонт с фауной неотмеченной в литературных источниках (ежи, фораминеферы, двустворки) для этого горизонта. Наличие этой фауны позволяет говорить о нормальном кислородном режиме придонных вод и нормальной солености, а наличие литотамния — о достаточно мелких условиях отложения данного горизонта.

Был обнаружен горизонт с выветрилым глауконитом и неокатаным кварцом, что позволяет говорить о субаэральном образовании данного горизонта.

В дальнейшем мы планируем исследовать отложения самой серы относящиеся к разрезу верхнего и нижнего тортона сероносного разреза Прикарпатья.

Приложения

Период Ярус
Неоген Миоцен Пьяченцо
Заклиний
Массиний
Тортон
Серравалий
Лангий
Гельвеций
Бурдигал
Аквитан
Хат
  Плиоцен  
Таблица 1. Подразделения неогена и палеогена.
Эра Период Время
Кайнозойская Антропоген 1,8 млн. лет
Неоген 23 млн. лет
Палеоген 65 млн. лет
Мезойская Мел 13,5 млн. лет
Таблица 2. Геохронологичекая таблица кайнозойской эры.

Проба 1.

Проба 2.

Проба 3.

Проба 4.
на первую страницу | наверх

© 2002-2011 Разработка сервера: Межвузовский "Физтех-центр". Администратор сайта : admin@researcher.ru
При создании сервера использованы АРП-технологии.

Arp.site