The peculiarities of high-magnesium clay minerals occurrence in phanerozoic evaporite formations

Abstract

Мета дослідження – простежити особливості розподілу високомагнезіальних глинистих мінералів морських евапоритових відкладів фанерозою та дослідити залежність поширення магнезіальних глинистих мінералів на фоні інших циклічних процесів у історії Землі, насамперед зміни хімічного складу океанічної води впродовж історії фанерозою Землі. Методика полягає в узагальненні літературних даних про асоціації глинистих мінералів морських евапоритових формацій світу впродовж фанерозою. Результати. За даними 74 літературних джерел (зокрема наших попередніх досліджень), що охоплюють 37 морських евапоритових формацій світу, простежено часовий розподіл аутигенних високомагнезіальних глинистих мінералів морських евапоритових відкладів. Для виділення вікових проміжків поширення високомагнезіальних глинистих мінералів використано сепіоліт, палигорскіт, коренсит, тальк, серпентин і тальк-монтморилоніт. Із усіх досліджених формацій ці мінерали виявлено у 24, які поширені в часі нерівномірно. Так, 18 із них – це евапоритові відклади верхнього протерозою, верхнього карбону, пермі, тріасу, верхнього палеогену та неогену, що утворилися з океанічної води сульфатного хімічного типу. І лише шість формацій представлені евапоритами кембрію, силуру, девону, нижнього карбону та юри, утворені з океанічної води хлоркальцієвого типу. Основним фактором для утворення в евапоритових басейнах високомагнезіальних глинистих мінералів є підвищений вміст магнію, що характерно для океанічної води сульфатного типу, а другим вагомим фактором появи високомагнезіальних глинистих мінералів у евапоритових відкладах є наявність пірокластичного матеріалу: для коренситу – лужного кислого, для сепіоліту та палигорскіту – лужного основного складу. Наукова новизна. Поширення високомагнезіальних глинистих мінералів у морських евапоритових відкладах фанерозою узгоджується із віковими змінами хімічного складу океанічної води. Магнезіальні мінерали приурочені до етапів її сульфатного типу, для якого характерний підвищений вміст магнію. Синхронний із седиментацією вулканізм, який поставляв у солеродний басейн пірокластичний матеріал, на фоні сульфатного типу океанічної води є другим необхідним фактором утворення високомагнезіальних глинистих мінералів. Ці геодинамічні процеси, що відбувались в гідросфері та літосфері, спричиняли еволюційні зміни в поширенні високомагнезіальних глинистих мінералів морських евапоритових формацій. Практична значущість. Вікові варіації поширення високомагнезіальних глинистих мінералів морських евапоритів світу, що узгоджуються зі змінами складу океанічної води та закономірностями еволюції осадового породоутворення загалом, можуть бути додатковим показником вікового розподілу і прогнозування комплексу корисних копалин, зокрема, калійно-магнієвих солей, мінеральних вод певного хімічного складу, вуглеводнів тощо.

The aim of the study is to unravel the high-magnesium clay minerals occurrence in the Phanerozoic marine evaporite deposits and to find a correlation of magnesium clay minerals distribution with other cyclic processes in the Earth’s history, primarily, with changes in seawater chemistry during the Phanerozoic history of the Earth. The methodology consists of summarizing published data about clay minerals associations of the World’s Phanerozoic marine evaporite formations. Results. 74 literature sources (including our previous studies), covering 37 marine evaporite formations of the World, allowed tracing the temporal distribution of authigenic high-magnesium clay minerals in marine evaporite deposits. Sepiolite, palygorskite, corrensite, talc, serpentine, and talc-smectite were used to isolate the age intervals of the distribution of high-magnesium clay minerals. Among all the formations studied, these minerals were found in 24 which spread unevenly over time. Thus, 18 formations appear to be the Upper Proterozoic, Upper Carboniferous, Permian, Triassic, Upper Paleogene, and Neogene evaporites formed from SO4-rich seawater chemical type. And only 6 formations (Cambrian, Silurian, Devonian, Lower Carboniferous, and Jurassic) are represented by evaporites formed from Ca-rich seawater chemical type. The main factor for the formation of high-magnesium clay minerals in evaporite basins is the elevated magnesium content which is characteristic of SO4-rich seawater. The presence of pyroclastic material is the second significant factor for the appearance of high-magnesium clay minerals in evaporite deposits. It must be an alkaline acidic basic composition for corrensite, and an alkaline composition for sepiolite and palygorskite. Scientific novelty. The distribution of high-magnesium clay minerals in Phanerozoic marine evaporite deposits is consistent with secular variations of seawater chemistry. Magnesium minerals are characteristic of the stages of its SO4-rich type which is known for high magnesium content. Simultaneous with sedimentation volcanic activity that supplied pyroclastic material into the evaporite basin, is the second necessary factor for the distribution of high-magnesium clay minerals. These geodynamic processes occurring in the hydrosphere and lithosphere caused evolutionary changes of the distribution of high-magnesium clay minerals of marine evaporite formations. Practical importance. Secular variations in the distribution of high-magnesium clay minerals of the World’s marine evaporites, consistent with changes in seawater chemistry and patterns of sedimentary rock formation as a whole, may be an additional indicator of age distribution and prediction of a complex of useful minerals, including potassium-magnesium salts of certain composition, mineral waters, hydrocarbons etc.