Минеральный состав магматических почвообразующих пород острова Валаам Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 631.4; 550.4

Вестник СПбГУ. Сер. 3, 2005, вып. 1

А. А. Шешукова, Т. Д. Шибина, И. И. Матинян.

МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ МАГМАТИЧЕСКИХ ПОЧВООБРАЗУЮЩИХ ПОРОД ОСТРОВА ВАЛААМ

Почвообразующая порода является основным фактором, от которого зависят физи-ко-х!$шческие свойства почв и направленность почвенных процессов.

Среди магматических горных пород Приладожья преобладают интрузивные породы кислого состава, главным образом граниты и гранитоиды. На их фоне магматические горные породы основного и щелочного составов (базальты, андезиты, габбро и диориты) ограничены локальными выходами и занимают небольшие площади. В северной части Ладожского озера эти породы слагают цепь островов, которая в виде широкой выпуклой к северо-западу дуги протягивается примерно от г. Приозерска через Валаамский архипелаг до островов Мантисин-Сари и Луккулан-Сари и далее до северо-восточного побережья Ладожского озера.

Валаамский архипелаг расположен в северо-западной части Ладожского озера и в геологическом отношении является частью Валаамского силла, представляющего собой пластово-секущую интрузию площадью около 2000 км2. .

Исследования пород основного состава Валаамского архипелага начались давно и имеют богатую историю [1, 3-8, 13]. По мере изучения Валаамского архипелага и накопления знаний по геологии, а также минералогии магматических пород, слагающих острова, проводилась все более точная их диагностика.

История формирования интрузии и характер дифференциации изначального магматического расплава привели к существованию на относительно небольшом острове, площадью 36 км2, широкого по составу спектра магматических пород.

В настоящее время среди пород Валаамского архипелага выделяются: оливиновые габбро-долериты, оливиновые габбронорит-долериты, ферро-габбро, габбро-долерит, мон-цонит и аплитовые жилы.

Математическая.модель [13] дифференциации пород Валаамского силла предлагает некий генетический механизм возникновения всего набора существующих на острове пород за счет расслоения родоначальной магмы при ее охлаждении и кристаллизации, а именно в результате последовательной кристаллизации: оливина и ортопироксена; Fe-Ti окислов и апатита; клинопироксена и плагиоклаза; а также фильтр-прессинга остаточного щелочного расплава.

- В публикациях многих почвоведов, работавших на архипелаге [2, 11, 12], в качестве магматической почвообразующей породы упоминается порода габбро-диабаз (термин «габбро-диабаз», употребляемый почвоведами, идентичен термину «габбро-долерит», встречаемому в геологической литературе). В ходе детальных геологических исследований Валаама выяснилось, что массив габбро-диабаза, слагающий остров, крайне неоднороден. Наибольшие площади острова занимают-всего три породы (габбро-диабаз, ферро-габбро, монцонит), на выходах которых формируются уникальные валаамские почвы — подбуры и буроземы. Остальные породы имеют жильную форму залегания (диаметром от несколь- . ких миллиметров до 20-30 см), пронизывая основной массив габброидов. Их выходы занимают относительно малые площади, что не приводит к формированию на них самостоятельных почвенных профилей. -

© A.A. Шешукова, Т.Д. Шибина, H.H. Матинян, 2005

Цель настоящей работы — обобщить характерные отличия в минералогическом и химическом составе трех главных магматических почвообразующих пород Валаама, что в последующем позволит достоверно оценить влияние минерального состава пород на состав сформировавшихся на них почв.

В ходе полевых работ было установлено, что основной массив магматических пород Валаама сложен габбро-диабазами, которые располагаются в центральной и юго-восточной частях острова (рис. 1). Выходы ферро-габбро обнаружены вдоль северного и северо-западного побережий острова и приурочены к более низким высотным отметкам, чем монцониты, которые занимают гипсометрически более высокие уровни и образуют небольшие линзы сложной формы среди ферро-габбро и габбро-диабазов в различных частях острова. Визуально эти три породы отличаются друг от друга по цвету: габбро-диабаз имеет темно-коричневый или буровато-коричневый цвет, ферро-габбро отличается темным, почти черным оттенком, монцонит обладает насыщенным, ярко-красным цветом.

Для петрографических исследований были отобраны образцы трех основных разновидностей магматических пород Валаама. Изучение минералогического состава пород, производилось в шлифах.

Порода ферро-габбро макроскопически имеет зеленовато-черную окраску, ее темный цвет связан с высоким содержанием в породе темноцветных и рудных минералов. Пятнистая текстура породы обусловлена специфическим распределением породообразующих минералов темно-коричневой, черной, зеленой и серой окраски. Ферро-габбро обладают ' габбро-офитовой или офитовой структурой, местами встречаются участки с габбровой структурой. В породе встречаются крупные зерна лейкократовых минералов — плагиоклаз и калиевый полевой шпат, с размером^ерна > 1 мм. Преобладающим породообразующим минералом ферро-габбро является основной плагиоклаз ряда Лабрадор — анортит (65-78%). Из цветных минералов, кроме моноклинного пироксена, встречаются амфибол — роговая обманка (3-5%), единичные зерна ромбического пироксена, полевые шпаты — ортоклаз и микроклин, оливин (5-7%), единйчные'индивиды кварца, отмечены" зерна апатита. Характерной чертой данной породы является повышенное содержание моноклинного пироксена ряда авгита (до 15-45%) и железорудных минералов — ильменита и титаномагнетита (до 8%).

Плагиоклаз частично альбитизирован, одновременно наблюдается процесс его сери-цитизации и частично хлоритизации, однако встречаются зерна, не затронутые вторичными изменениями.

В большей степени преобразования коснулись цветных минералов. Оливин замещен иддйнгситом, вокруг зерен оливина наблюдаются каемки хлорита, так же как и по,краям;; моноклинного пироксена. Часть зерен амфибола и биотита, замещена непрозрачным рудным минералом, но при этом сохранены реликты форм и спайности первичных-минералов:

Порода затронута процессами эпигенеза, но при этом сохранена ее первичная структура, а большая часть минеральных индивидов сохранила изначальную форму. Крупные зерна плагиоклаза и калиевого полевого шпата прозрачные, чаще бесцветные, испещрены многочисленными трещинами, штрихами, декорирующими отдельность и спайность в 2 направлениях, под углом примерно 90 градусов. "По трещинам в плагиоклазе развивается микроагрегат хлорита и глинистых минералов. По некоторым трещинам на зернах плагиоклаза отмечены глинистые минералы в тесном срастании с гидроокислами железа, но этот про- -цесс не является таким всеобъемлющим, как в габбро-диабазах. Порода разбита открытыми трещинами на блоки, наблюдаются единичные поры и каверны выщелачивания^

Порода габбро-диабаз макроскопически окрашена в темно-бурый цвет, в результате развития глинистых минералов, пигментированных гидроокислами железа буро-коричне-

Места отбора проб пород: ф ферро-габбро

(3 габбро-диабаз

О монцонит

Рис. 1. Карта-схема отбора образцов преобладающих магматических почвообра-зующих пород о-ва Валаам.

вого цвета, по лейкократовым минералам (плагиоклаз) и черного рудного минерала по меланократовым составляющим (пироксен и другие цветные минералы). Порода имеет пятнистую текстуру из-за неравномерного распределения лейкократовых и меланократо-вых минеральных компонентов. .

. .. Для. габбро-диабаза характерна габбро-офитовая и офитовая структуры. По структуре,, зернистости и минеральному составу эти породы близки к среднезернистому габбро, переходному к субщелочному,.На 60-85% они состоят из плагиоклаза (рис. 2), который образует крупные лейсты, имеет широкие^двойники и нередко зонален.

Количество калиевого полевого шпата и светло-бурого клинопироксена колеблется от.5 до 25%. Клинопироксен образует крупные идиоморфные кристаллы, в породе распределяется гнездами,.формируя ее микротекстуру. Рудные минералы составляют 3-5% породы и представлены, преимущественно ильменитом и высокотитанистым магнетитом, редко встречаются зерна сульфидов. Зерна амфибола (роговой обманки) и кварца отмечены в породе в количестве примерно по 1 %. Из акцессорных минералов в породе присутствует апатит, изредка встречаются рутил и циркон.

В интерстициях между таблитчатыми и призматическими кристаллами основного пла-гиоклаза-развивается землистый, грязно-зеленый хлорит. Хлорит образует розетки, ради-ально-лучистые или сферические агрегаты и субагрегаты кристаллов. Вторичные минералы развиваются и по поверхности минералов; 60-90% зерен плагиоклаза подвержено

хлоритизации и серицитизации. Изредка по плагиоклазу; сохранившему границы первоначальной морфологии, развивается кальцит, минералы группы эпидота, эгирин.и тончайшие иголочки рутила, отмечены контуры пертитовых вростков.

В ряде шлифов в существенных количествах встречены бурые псевдоморфозы иддин-гсита по округлым кристаллам, скорее всего оливина, но возможно и пироксена.

Процессы выветривания широко представлены в габбро-диабазах, причем часто степень этого процесса носит избирательный (полосчатый) характер. В наиболее выветре-лых образцах часть плагиоклаза (10-40%) покрыта красно-бурой смесью глинистых минералов с гидроокислами железа. Эти субагрегаты концентрируются в параллельную, полосчатую зону, разделяющую более светло-окрашенные участки породы, где породообразующие минералы сохранили свое первоначальное строение или реликты первоначальной структуры.

Поры и каверны в породе составляют около 7-8%. В единичных кавернах вместе с альбитом развивается вторичный кварц.

Для монцонита характерна яркая коричнево-красная окраска и габбро-офитовая структура, сочетающаяся с высоким содержанием микропегматита. Реже встречается монцонитовая структура. На 80% порода состоит из зонального основного плагиоклаза ряда андезин-анортит и калиевого шпата. Кристаллы плагиоклаза и калиевого полевого шпата имеют зональное строение. Зональность зерен как непрерывная, так и прерывная (когда за одним однородным слоем следует слой иного состава), нередко наружные слои имеют зональное строение крустификационных кайм.

Первая оторочка образована калиевым полевым шпатом, затем располагаются крупные графические срастания кварца и калиевого полевого шпата, плавно переходящие в гранофир. Количество кварца в таких структурах непостоянно и колеблется от 10 до 30%. Полевые шпаты (ортоклаз и микроклин) имеют пертитовое строение различной формы: в виде прямоугольников, игл, веретен, «арабской вязи» (рис. 3).

Помимо стержневидных и вершинообразных пертитов в монцоните наблюдаются, их пленочные выделения. Отмечены как пертиты, так и антипертиты — когда зерна плагиоклаза прорастают тонкими кристаллами калиевого полевого шпата.

Однако встречается также калиевый полевой шпат (ортоклаз) в виде отдельных кристаллов, свободных от кварца. Количество свободного кварца в кварцевых монцонитах может достигать 5%. Рудные минералы (около 3%) в монцонитоидах представлены преимущественно ильменитом, образующим удлиненные кристаллы.

Рис. 3. Пертитовое строение монцонита в виде «арабской вязи» (обозначено стрелкой) (николи| |).

Зерна калиевого полевого шпата и плагиоклаза имеют хаотическое расположение. В п^ом^кутках между этими зернами отмечаются коллоидные, землистые массы глинистого состава.

Смесь оксидов железа с глиной развивается по всей площади зерен, но интенсивность Их неравномерна. Минералы с большей основностью сильнее покрываются глинистыми частицами, которые интенсивнее пигментируются красно-бурыми окислами железа.

По$ы и каверны в породе монцонитов составляют 3-4%. Часть пор выполнена вторичный ква^Цем. Выветривание выражается в развитии глинистых масс по плагиоклазам, ПройитаЙЙых ярко-красными и бурыми гидроокислами железа, и в выщелачивании породы.

Хакик£ образом, исследуемые породы по минеральному составу отличаются друг от друга. Ферро-габбро резко выделяются среди рассматриваемых пород крупнозернистос-тью, по&кшенным содержанием минералов тяжелой фракции и рудных минералов. Порода претерпела изменения как в результате вторичных изменений, так и в результате процесса вьШетривания, но последний не так значителен. Вторичные изменения ферро-габбро проявляется в серицитизации, альбитизации и хлоритизации силикатных минералов.

ГабЩо-диабазы, являющиеся следующей стадией дифференциации исходной магмы (согласно минералого-математическим расчетам [13]), больше подвержены процессам выветривания, чем ферро-габбро. В результате выветривания нередко исчезают следы первоначальной структуры, и некоторые участки' породы переходят в смесь глинистых минералов с гидроокислами железа. Из вторичных минералов, наряду с хлоритом, серицитом и альбитом, встречающихся и в ферро-габбро, в габбро-диабазах развиваются эгирин, карбонат.

В пользу того, что монцониты образовались в последние стадии формирования Валаамского сила, помимо повышенного содержания кварца говорит и наличие в породе апатита и ильменита с магнетитом, которые не могли осаждаться в магме на ранних стадиях ее кристаллизации [9]. Зональность плагиоклазов, наблюдаемая в шлифах пород монцонитов, указывает на меняющиеся физико-химичеСкие условия в процессе кристаллизации минералов при охлаждении магматического расплава.-

Итак, наши исследования подтвердили, что массив магматических пород, образующий о. Валаам, неоднороден по своему составу, вопреки распространенному в почвенной литературе мнению о монолитном массиве габбро-диабаза, слагающем Валаамский архипелаг. Породы Валаамского комплекса представляют собой широкий естественный ряд магматических разновидностей, генетически связанных друг с другом. Полноценные почвенные профили формируются на трех породах (ферро-габбро, габбро-диабаз, монцонит), занимающих наибольшие площади территории острова. Жильный характер распространения остальных пород препятствует формированию на них отдельных почвенных профилей, но оказывает влияние на вещественный состав почвы, сформированной на вмещающей жилу основной-породе.

• Выявленные-отличия в минеральном составе трех рассматриваемых магматических почвообразующих пород позволяют предположить, что почвы, сформированные на габбро-диабазе и ферро-габбро, будут обладать сходными почвенными характеристиками, отличаясь от почв, сформированных наГ-монцоните.

Статья рекомендована проф. Б. Ф. Апариным.. БитпцЦ^

Sh~$$k&kova A. A., Shibina Т. D., Matinian N. N. The mineralogical composition of main magmatic soil parent material rocks of the Valaam island. • •

The main distinctive feature of the Valaam island is the wide spectrum of the rocks: gabbro-diabase, ferro-gabbro, monzonit. The main differences of mineralogical composition of three types of rocks were studded.

Литератуа

1. Богачев А. И., Попов М.Г., Макарова Г. В., Горбик H.A., Аксентьева Л. А. Базитовые комплексы Приладожья / / Интрузивные базит-ультрабазитовые комплексы докембрия Карелии. Труды института геологии КФАН. Вып. 32, Л., 1976. С. 117-127. 2. Васенева Э.Г. Особенности таежного почвообразования на основных породах Русской равнины (на примере Южной Карелии): Автореф. канд. дис. М., 1990. 25 с. 3. Голубев А. И., Светов А. П. Геохимия базальтов платформенного вулканизма Карелии. Петрозаводск, 1983. 4. Горбик H.A., Сафронова Г. П., Сафро-нов А.Н. Пектолитовая минерализация в Валаамском силле // Новое в минералогии Карело-Кольского региона. Петрозаводск, 1990. С. 130-140. 5. Иностранцев A.A. Петрографический очерк острова Валаам / /Труды первого съезда естествоиспытателей. СПб., 1868. 6. Кратц К. О. Геология карел ид Карелии. Петрозаводск, 1963. 7. Кратц К. О. Комплекс диабазов и габбро-диабазов // Геология СССР. Т. 37. М., 1960. 8. Кратц К. О. Иотнийские основные породы Южной Карелии и их титаномагнетитовое оруднение / / Информационные материалы КарФАН СССР, №11. Петрозаводск, 1959. 9. Мурхауз В. Практическая петрография. М., 1963. 10. Саранчи-на Г.М., Шинкарев Н. Ф. Петрология магматических и метаморфических пород. Л., 1973. 11. Седов С. Н., Васенева Э. Г., Шоба С. А. Современные и древние процессы выветривания в почвах на основных породах острова Валаам // Почвоведение. 1992. №7. С. 83-96. 12. Урусевская И. С., Соловьева-Волынская Т. В., Таргульян В. О. Антропогенные почвы острова Валаам / / Почвоведение. 1989. №11. С. 36-47.13. Франк-Каменецкий Д. А. Петрология рифейских базитов Приладожья: Канд. дис. СПб., 1998. 242 с.

Статья поступила в редакцию 17 октября $004 г. j