Диатомит Таманский полуостров

Диатомит — землистая, рыхлая или сцементи

рованная кремнистая (опаловая) порода белого, светло-серого или желтоватого^ цвета, состоящая более чем на 50% из панцирей диатомей. Д. бывают морского, реже пресноводного (озерного) происхождения. Содержат до 70—98% растворимого кремнезема, обладают большой пористостью, малым объемным весом, адсорбционными и теплоизоляционными свойствами. Распространены в палеоген-неогеновых и четвертичных отложения

Диатомит Таманский полуостров

При петрографическом изучении сарматских кремнистых пород прогнозной площади установлено, что основными типами являются глины диатомовые и диатомиты глинистые. Текстура их микрослоистая. Слоистость обусловлена параллельной ориентировкой глинистых частиц. По составу глинистое вещество
каолинитовое с примесью гидрослюды и монтмориллонита. Форма глинистых частиц удлиненная, волокнистая. Цвета интерференции от желтовато-серых до желтовато-коричневых. Широкое распространение получили ориентированные параллельно слоистости диатомовые водоросли, срезы спикул губок. Сложены они, как правило, опалом. Сохранность органических остатков удовлетворительная. Преобладают нитевидные колонии диатомей. Одиночные скорлупки имеют диско- и серповидные формы.

Органические остатки, перекристаллизованные до микрозерни-стого халцедона, образуют мелкие линзочки, которые придают породе порфировидность. Иногда присутствуют мелкие чешуйки глауконита. Мелкие зерна пирита образуют редкую вкрапленность по породе.

Меотические кремнистые породы имеют отличия от сарматских. Это связано с увеличением в породе кремнистой составляющей и преобладанием диатомитов глинистых над глинами диатомовыми. Глинистые диатомиты микрослоистые. Слоистость подчеркивается параллельным расположением диатомей в виде тонких нитей. Наблюдаются скорлупки в основном круглой формы. Стенки их выполнены опалом, внутренние камеры, как правило, пустые, что и обусловливает низкую плотность породы. Основная масса силицитов опаловая, в скрещенных николях практически не просвечивает. Глинистое вещество относится к гидрослюдистому типу. Терригенная примесь практически отсутствует.

Основная масса меотических диатомовых глин сложена глинистым веществом с высокими, ярко-желтыми цветами интерференции. Состав его гидрослюдисто-каолинитовый. Глины слоистые. Слоистость связана с параллельной ориентировкой преобладающих нитевидных диатомей. Вся кремнистая составляющая сложена опалом. Характерной чертой породы является его высокая пористость.

На дифрактограммах диатомит среднего сармата (рис. 4.2) присутствует интенсивное гало в области 500—300 пм (18— 31° 20) с осью в районе 360 пм. Иногда гало разделяется на два самостоятельных в областях 500—400 пм (18—22° 20) и 400—300 пм (23—31° 20). Первое из них соответствует рентгеноаморфному опалу (опал-А), а второе, вероятно, связано с наличием органического вещества.

Другая полиморфная разновидность кремнезема — кварц. Он фиксируется основными отражениями 424, 334, 245, 228, 224 пм и представляет собой терригенную примесь. Полевые шпаты не были обнаружены в шлифах, но достоверно определяются но приведенным рефлексам (319, 283, 269, 256, 237 пм). Возможно, они сильно выветрелые и выражены тонкодисперсным пелитизиро-ванным и каолинизированным материалом. Тем более, что овные пики плагиоклаза встречаются лишь в тех образцах, где "людаются слабые рефлексы каолинита.

Глинистые минералы представлены монтмориллонитом, гидрослюдой и каолинитом. Монтмориллонит определяется по расплывчатому рефлексу в области 1339    1250 пм. Для гидрослюдь

характерны отражения 1016    990 пм и 495—493 пм. Отражений каолинита 358 пм на дифрактограммах некоторых образцов является наиболее интенсивным.

Наличие кальцита, интенсивность пиков которого варьируе-в широких пределах (вплоть до полного отсутствия основной рефлекса 302 пм), определялось по отражениям 383, 227, 208. 190 пм и др.

Дифрактограммы верхнесарматских диатомитов (см. рис. 4.2' также характеризуются двумя перекрывающимися гало в областях 500—400 пм и 400 -270 пм, соответствующими рентгеноаморфному опалу и органическому веществу. Наличие кварце, и полевых шпатов определялось соответственно по рефлексам 424 334, 245 пм и 442, 318, 258, 237 пм. Глинистые минералы представ лены монтмориллонитом (1360 пм), гидрослюдой (1005, 498 пм > и каолинитом (711 пм). Отражения, характерные для кальцита, на дифрактограммах этих образцов отсутствуют.

Дифрактограммы диатомитов меотического возраста (рис. ) в целом близки к описанным ранее. Здесь также выделяется гало, характерное для рентгеноаморфного опала (500—400 пм) Иногда оно сливается с гало органического вещества. Глинистьи минералы представлены монтмориллонитом (1380—1320 пм) гидрослюдой (990 пм) и каолинитом (714—711, 358 пм). К кварц-относится наиболее интенсивный на дифрактограммах рефлек-334 пм. Отмечается наличие рефлексов плагиоклаза.

В одном из образцов наиболее интенсивным является рефлею 760 пм. Он принадлежит гипсу. Этому же минералу соответствую; рефлексы 378, 286, 269, 246, 221 пм и др.

На ИК-спектрах сарматских диатомитов выделяется облает:, поглощения 920—950 см обычно осложняющая плечо пик i 1040—1110 см~\ который является общим для кремнезем;. В образцах с терригенным кварцем присутствует дублет 806 я 787 см-1, полосы 695 и 535 см-1. Там же, где дублета нет, обычно наблюдается лишь поглощение 805—810 см~‘, связанное ю смещением области полисимметричных колебаний 785—800 см'-1 и обусловленное деформационными изменениями кремнекислоро к-ных тетраэдров. Наличие воды и кальцита диагностируется соответственно полосами 1630—1640 см-1 и 1430—1440 см-1.

ИК-спектры меотических диатомитов характеризуются диагностическим пиком аморфной фазы кремнезема 922 см-1, а также целым набором общих областей поглощения, присущих минералам этой группы: 1050-1110, 750—830, 475 см-1. Кроме того четко выражены полосы 535, 697 см~' и дублет 790—807 см '• соответствующие терригенной примеси кварца. О наличии в обргз-

ах большого количества воды можно судить по полосе 630 см”1. Присутствие кальцита в единичных образцах диагносируется пиками 1430—1470, 881, 710 см”1.

Термические исследования среднесарматских диатомитов показали, что первый эндотермический эффект начался при температуре 130—140°С. Несколько повышенная по сравнению с обычной (105—120°С) температура выделения адсорбированной и межслоевой воды связана с наличием опалового вещества. Потеря веса, соответствующая этому эффекту, составляет 6,00--9,33%. Следующий эндотермический эффект наблюдается при температуре 530—560°С. Он свидетельствует о выделении (до 6—8%) воды из глинистых минералов. Рядом с ним (560—565°С) находится еще один эндотермический эффект, неразличимый на термограмме первого нагрева, но четко прослеженный на кривых охлаждения и повторного нагрева. В этих случаях уже отсутствуют синхронные с этим эффектом начальные процессы разложения глинистых минералов. Он связан с а—(3 трансформацией кварца и имеет несколько пониженную температуру (обычно 573°С). Такое явление было характерным и отмечалось в некоторых работах (Геологическая съемка..., 1981).

Начало термического эффекта диссоциации кварца находится в интервале 720—750°С. Концентрация его изменяется от'0 до 21,24%. Следует отметить также наличие в одном из исследованных образцов эндоэффектов на кривых вторичного нагрева и обратных им экзоэффектов на кривых охлаждения при температуре 500°С. Потери веса при этом не наблюдается. Наличие данных пиков нельзя объяснить случайными явлениями, так как их морфология и температурный интервал воспроизводятся при повторных исследованиях. Скорее всего эти эффекты можно объяснить дегидратацией цеолитов с последующей адсорбцией воды при охлаждении. Содержание этих минералов наблюдалось при электронномикроскопических исследованиях.

Верхнесарматский диатомит при термических исследованиях проявляют те же эффекты, что и вышеописанные среднесарматские. Начало выделения адсорбционной, межслоевой и далее опаловой воды происходит при температуре 130°С. Максимальная потеря веса здесь достигает 10%. Затем, при 540°С происходит выделение гидроксильной воды, составляющей до 5% от общей массы образца. Полиморфные превращения кварца наблюдаются при 560°С. Содержание его составляет 2—3%. Эндоэффектов, связанных с разложением карбонатов, в исследуемой группе образцов не наблюдалось.

В диатомитах меотиса при температуре 120—140°С наблюдается потеря веса в пределах 3,10—13,00%. Она связана с потерей адсорбированной и опаловой воды. В одном из образцов наблюдается эффект при 160°С, соответствующий дегидратации гипса.

Следующий эндотермический эффект, также наблюдаемый не
ро всех образцах при температуре 210°С, соответствует выделению воды комплекса поглощенных оснований, связанных с атомами Са и Mg в монтмориллоните. При этой же температуре %(210°С) в некоторых образцах происходит окисление органического вещества, проявляющееся в экзотермическом эффекте и потере веса на 4—7%.

Обычное для глинистых минералов выделение гидроксильной воды (6—14%) наблюдается в интервале 520—540°С. При температурах 685—730°С начинается термическое разложение кальцита, содержание которого колеблется в широких пределах (от Q до 21,26%). Термические эффекты а—б-перехода кварца обнаружены не были.

Электронномикроскопическое изучение среднесарматских диатомитов показало, что основная их масса (60—80%) сложена створками диатомей различной сохранности. Среди изученных образцов иногда наблюдаются такие, где более 60% поверхности скола выражено исключительно целыми хорошей сохранности створками, причем практически одного вида (рис. 4.4). В большей части просмотренных препаратов преобладают органические остатки плохой сохранности. Обломки диатомей имеют в основном размер 1—3 мкм, и лишь целые створки достигают

8—20 мкм.
Рис. 4.4. Отпечатки диатомовых водорослей хорошей сохранности Обр. 1096/2. У в. 6000

Лопастевидный тип занимает 5—15% поверхности скола. Чаще всего он характеризуется рельефной поверхностью (рис. 4.5) со слабо индивидуализированными частицами неправильных очертаний. Реже этот тип имеет ровную поверхность и четкие сильно извилистые контуры структурных элементов. Микро-

структура образований, относящихся к этому типу поверхностей, хлопьевидная.

Довольно часто лопастевидный тип перемежается с участками, сложенными обломками диатомей размером 1—3 мкм, и представляет начальные стадии растворения кремнистого материала.

Рис. 4.5. Лопастевидный тип с рельефной поверхностью. Обр. 1114/1 в. Ув. 8000
Очень редко встречаются участки с натековидным типом поверхности (рис. 4.6). Для них характерны волнистые, слабо-рельефные, иногда почти ровные очертания с отсутствием обособленных элементов.

Среди усложняющих элементов поверхности следует отметить пластинчатые или чаще всего удлиненные кристаллы, принадлежащие, вероятно, глинистым минералам. Для натековидного типа, кроме того, характерно присутствие изометричных призматических кристаллов (до 5 мкм), имеющих довольно хорошую кристаллографическую огранку. Редко также кристаллы с несколько худшей огранкой образуют агрегаты срастания размером до 0,5 мм. Скорее всего эти образования относятся к минералам группы цеолитов.

Основная масса диатомитов верхнесарматского возраста, по данным электронной микроскопии, сложена диатомовыми водорослями. Сохранность их, даже на различных участках одного препарата, колеблется в значительных пределах. Среди хорошо сохранившихся форм встречаются преимущественно диатомеи с удлиненными створками и хорошо различимым швом. Размеры их обычно 25—50 мкм. Обломки представлены в основном остатками центричных диатомей (5—10 мкм).

Хлопьевидный тип занимает в этих образованиях 5—15% поверхности скола и имеет хорошо выраженный рельеф. Очертания слагающих его элементов четкие, слабо извилистые. Размер их

1—5 мкм.

Так же как и сарматские, меотические диатомиты, по данным (электронномикроскопических исследований, в основном 70— 100%, сложены створками диатомовых водорослей. Сохранность |органических остатков сильно изменяется для различных препаратов. Однако в большинстве случаев это плохо сохранившиеся обломки центричных диато-мей.' Удлиненные остатки, аналогичные среднесарматским, встречаются реже и не превышают 20—30% от бщей массы обломков.

Для некоторых препаратов характерно наличие лопастевидно-jjro типа поверхности, составляющего 5—30%. В просмотренных бразцах этот тип характеризуется рельефной поверхностью ife резкими очертаниями извилистых контуров. Часто поверхность Слагающих пластин усложнена бугорками, имеющими изометрич-Йую и реже — слегка удлиненную форму. Микроструктура, Соответствующая такому типу поверхности, хлопьевидная. Размер лагающих ее частиц находится в пределах 2—б мкм.

По химическому составу силициты прогнозной площади вляются неоднородными и по отдельным стратиграфическим одразделениям характеризуются следующими данными (в вес. '(>)•

Средний сармат: Si02 — 58,50—71,30; ТЮ2 — 0,32—0,72; АЪО., — 7,8—15,7; FeO — 0,4—1,58; Fe203 - 2,86—4,20; Р205 — ‘,09—0,12; МпО — 0,01— 0,03; СаО — 0,03—3,08; MgO—1,30— ,40; КгО — 1,28 -2,78; Na20 — 1,25—3,24; S03 — 0,66— 1,59; п.п.п.— 9,34—10,64; н.о,— 79,10 -82,36; С02 — 0,5—2,46.

Верхний сармат— Si02 — 60,80—64,0; ТЮ2 — 0,42—0,65; АЬ03 - 9,75—15,70; FeO — 0,74—2,12;    Fe203 — 2,60—6,12;

Р205    0,08—0,12; MnO — 0,03—0,07; CaO—0,41—0,42; MgO-

2,20—3,00; K->0—1,50—2,68; Na20—0,91—2,65; S03—0,61 —1,71; п.п.п,-7,90—12,84; н.о,—77,78—83,10; 002—0,60—1,32.

Меотический ярус—Si02—46,00—76,00; Ti02—0,27— 0,72; AUO3- 6,80—13,30;" FeO—0,40—1,95;    Fe203—2,10—5,60:

PK%—0,06--0,22; MnO—0,01—0,14; CaO—0,84—14,38; MgO— 0,50—2,60; K20— 1,05—2,12; Na20 — 1,55—2,20; S03 — 0,20— 3,50; п.п.п,—9,90—31,00, н.о,- 45,88—82,36; C02 — 0,05—5,8.

Объемный вес (плотность) диатомитов и диатомовых глин определяется величинами 0,4—0,9 г/см3, влажность 9,27—37,94%. скорость фильтрации 20—90 мин (Кремнистые породы..., 1976).

По основным физико-механическим показателям диатомиты прогнозной площади удовлетворяют требованиям термоизоляционной промышленности.

При отбеливании дистиллятного масла (температура контактирования 120°С, время контактирования 10 мин, добавка земли 5%) процент адсорбции находится в пределах 56—63. Активность диатомитов достигает 151 мг/CaO, что позволяет их использовать в цементном производстве. Ввиду низкой прочности диатомитов в естественном виде и тонкослоистого их строения получить щебенку необходимых фракций для обжига термолита не представилось возможным, поэтому они не рекомендуются для дальнейших исследований в качестве сырья на термолит.

Диатомиты легко распускаются в воде и после введения 10—15% легкоплавкой глины приобретают способность вспучиваться при температуре 1150°С. Коэффициент вспучивания 1,13—1,25. Объемная насыпная масса полученного термолитовоп гравия составляет 417—540 кг/м3, что соответствует маркам по насыпной массе 450—550. При введении в состав сырьевых масс в. качестве корректирующей добавки, топливных шлаков (20-30%) коэффициент вспучивания увеличивается до 1,5, а объемна; насыпная масса вспученного материала уменьшается и ш превышает 440 кг/м3.

Диатомиты прогнозной площади могут быть использованы для производства легковесного строительного кирпича. Из-за высоко го содержания глинистых минералов, вступающих при высоки-температурах в реакцию с опаловым кремнеземом, не удалое! получить на основе прогнозируемых силицитов синтетически! волластонит.

Таким образом, в результате анализа проведенных исследова пий установлено, что кремнистые породы прогнозной площадь могут быть использованы в качестве сырья для производств;
легковесного кирпича, термолитового гравия, адсорбентов в термоизоляционной и цементной промышленности. Прогнозные ресурсы по категории Pi составляют 533 млн т.