Статья: Синрифтовые осадочные образования основания эталонного разреза рифея Южного Урала (краткая литохимическая характеристика)

Синрифтовые осадочные образования основания эталонного разреза рифея Южного Урала (краткая литохимическая характеристика)

А.В. Маслов, Э.З. Гареев, В.Н. Подковыров, Л.Н. Котова

Институт геологии и геохимии УрО РАН,

Российская Федерация, 620016, Екатеринбург, ул. Вонсовского, 15

Институт геологии УФИЦ РАН,

Российская Федерация, 450077, Уфа, ул. Карла Маркса, 16/2

Институт геологии и геохронологии докембрия РАН, Российская Федерация, 199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2

Изучение валового химического состава песчаников айской свиты бурзянской серии Южного Урала (тип нижнего рифея Северной Евразии) позволило сделать вывод, что в их составе присутствуют продукты разрушения и пород кристаллического фундамента Восточно-Европейской платформы (ВЕП), и осадочных/метаосадочных пород ее платформенного проточехла. В составе песчаников и ассоциирующих с ними глинистых сланцев, по всей видимости, имеется заметная доля литогенного (неоднократно переотложенного) материала. Глинистые породы айской свиты не содержат так называемой камуфлированной пирокластики, и, следовательно, процессы их накопления не сопровождались размывом вулканических пород или синхронной эксплозивной деятельностью. Для тонкозернистых терригенных образований присущи в целом невысокие значения индекса химического изменения (Chemical Index of Alteration -- CIA).

Это позволяет предполагать, что они формировались при относительно выраженной тектонической активности в областях размыва, возможно, нивелировавшей воздействие процессов химического выветривания на эти образования. Сравнение валовых химических составов терригенных пород айской свиты с составом среднего протерозойского кратонного песчаника (ПКП), среднего постархейского австралийского сланца (Post Archean Australian Average Shale -- PAAS) и ряда других референтных геологических объектов показало, что для этих составов характерны достаточно широкие вариации содержаний основных породообразующих оксидов (заметная химическая незрелость состава), что также можно рассматривать как отражение накопления их в достаточно активных тектонических обстановках.

Анализ валового химического состава песчаников и глинистых пород айской свиты дает основания предполагать, что источниками кластики для них выступали и кислые магматические породы, и осадочные и/или метаосадочные образования с повышенным количеством кварца; это согласуется с результатами предшествующих минералого-петрографических исследований. Положение индивидуальных точек состава песчаников и глинистых пород айской свиты на диаграмме DF1-DF2 (Verma and Armstrong-Altrin, 2013) не позволяет сделать определенного вывода об их палеогеодинамической природе, так как одна часть точек тяготеет к области составов, характерной для осадочных пород, сформировавшихся в рифтогенных обстановках, а другая -- к области составов, типичных для коллизионных обстановок. Более определенно в пользу рифтогенной/синрифтовой природы терригенных пород айской свиты свидетельствует распределение на указанной диаграмме точек их средних составов.

Ключевые слова: Южный Урал, нижний рифей, айская свита, песчаники, глинистые породы, литохимия.

Введение

В верхнедокембрийско-палеозойской последовательности Уральского складчатого пояса несколько раз повторяются сходные по палеогеодинамическим обстановкам формирования крупные комплексы отложений: рифтогенные (базальные уровни бурзянской и юрматинской серий рифея, верхнекембрийско-нижнеордовикские образования), молассовые (верхневендские и верхнепермско-триасовые отложения) и др. В большинстве своем они в настоящее время достаточно хорошо изучены с позиций стратиграфии, литологии, петрографии, петрологии, минера- гении и т. п., однако в том, что касается литохимических особенностей слагающих их осадочных пород, многие вопросы еще требуют доработки. Связано это с тем, что валовый химический состав осадочных образований многие годы не воспринимался исследователями как сколько-нибудь информативный, в отличие от той же характеристики для магматических и вулканических пород.

Из всех макрорегионов Уральского складчатого пояса в этом отношении в наибольшей степени повезло Южному Уралу, так как в пределах его западного склона в Башкирском мегантиклинории расположен эталонный разрез рифея (Стратотип..., 1983; Semikhatov et al., 2015, и др.), объединяющий разнообразные осадочные последовательности суммарной мощностью до 12-15 км, на примере которых в 1980-1990-х гг. был выполнен крупный комплекс региональных геохимических исследований (Гареев, 1982; 1986-1989; 1997; 1998, и др.). Полученные при этом материалы актуальны до настоящего времени и позволяют решать самые разнообразные задачи (Маслов и Гареев, 1992, 1994; Маслов и др., 2003а; 2003b; 2007; Maslov et al., 2003-2006; 2008; 2013; 2016a; 2016b; Nozhkin et al., 2009, и др.).

Данная работа призвана систематизировать общие литохимические особенности наиболее древней синрифтовой/рифтогенной осадочной ассоциации Башкирского мегантиклинория -- айской свиты, возраст основных вулканитов в разрезах которой в настоящее время оценивается в 1752 ± 11 млн лет (определен методом U-Pb-датирования при помощи вторично-ионной масс-спектрометрии -- SIMS SIMS -- Secondary Ion Mass Spectrometry.) (Krasnobaev et al., 2013), соответственно современная оценка нижней границы рифея составляет ~1750 млн лет (Semikhatov et al., 2015).

Методика исследования и фактический материал

В основу статьи положена выборка валовых химических анализов (ППП ППП -- потери при прокаливании. менее 5 %) песчаников (64 анализа) и глинистых сланцев (54 анализа) айской свиты, составленная на основе сведений из банка литохимических данных Данные для банка собрали А. В. Сочава и В. Н. Подковыров (ИГГД РАН, Санкт-Петербург). и коллекции данных Э.З. Гареева (ИГ БФ АН СССР/УНЦ РАН, Уфа). Эти материалы получены в разные годы методами классической «мокрой химии» и рентгенофлуоресцентного анализа (РФА), в том числе в ИГ БФ АН СССР/УНЦ РАН и Институте геологии и геохимии УрО РАН (Екатеринбург). Средние арифметические, минимальные и максимальные содержания основных породообразующих оксидов в песчаниках и глинистых породах исследованной выборки приведены в таблице.

Таблица 1. Средние, минимальные и максимальные содержания основных породообразующих оксидов в песчаниках и глинистых сланцахайской свиты и их соотношение с составом ряда референтных геологических объектов, масс. %

Примечания. 1. Числитель -- среднее арифметическое и стандартное отклонение, знаменатель -- минимальное и максимальное значения. 2. А -- состав песчаников нормирован на ПКП; Б -- состав песчаников нормирован на состав алевропесчаных пород нижнего рифея ВЕП; В -- состав глинистых сланцев нормирован на состав РЛЛ8. 3. Прочерк -- нет данных.

Эталонный разрез рифея Башкирского мегантиклинория объединяет три седиментационные серии: 1) бурзянскую, 2) юрматинскую и 3) каратаускую (Стратотип..., 1983).

Бурзянская серия (типовое подразделение нижнего рифея) включает в себя в северо-восточных районах мегантиклинория айскую, саткинскую и бакальскую свиты (рис. 1), а в центральной его части аналогами последних являются соответственно большеинзерская, суранская и юшинская свиты. В нижней части айской свиты (мощность 1700-2500 м) преобладают песчаники с прослоями гравелитов и конгломератов и покровами метабазальтов, а в верхней -- низкоуглеродистые В соответствии с работой (Юдович, Кетрис, 1988) к низкоуглеродистым глинистым сланцам относятся черные сланцы с содержанием Сорг от 1 до 3 масс. %. глинистые сланцы с прослоями песчаников и алевролитов. По петрографическому составу песчаники данного уровня типа рифея отвечают в основном аркозам, граувакковым аркозам, субаркозам и полевошпат-кварцевым разностям (по классификации В. Д. Шутова).

Саткинская свита (до 3000-3500 м) сложена преимущественно доломитами, в том числе строматолитовыми; в средней ее части присутствует 180-200-метровая толща низкоуглеродистых глинистых сланцев с прослоями доломитов и алевролитов.

Бакальская свита (1500-1650 м) представлена в нижней части низкоуглеродистыми глинистыми сланцами с прослоями доломитов и алевролитов, а в верхней -- объединяет несколько алюмосиликокластических и карбонатных пачек.

Юрматинская серия (типовое подразделение среднего рифея) включает в себя четыре свиты: 1) машакскую, 2) зигальгинскую, 3) зигазино-комаровскую и 4) авзянскую.

Машакская свита (1600-3000 м) представлена песчаниками, конгломератами и алевролитами с подчиненными им прослоями и пакетами глинистых сланцев. В нижней и средней ее частях наблюдаются многочисленные силы, потоки и покровы долеритов и экструзивные тела дацитов. Это вторая синрифтовая ассоциация в эталонном разрезе рифея.

Зигальгинская свита (500-700 м) слагается преимущественно кварцевыми песчаниками.

Зигазино-комаровская свита (750-1500 м) объединяет пачки неравномерного переслаивания глинистых сланцев, алевролитов и песчаников.

Авзянская свита (1600-2300 м) представлена несколькими карбонатными и терригенными толщами.

Каратауская серия (тип верхнего рифея) объединяет ряд алюмосиликокластических (зильмердакская, инзерская, криволукская) и карбонатных (катавская, миньярская, укская) свит. Максимальная мощность отложений серии оценивается в 5500-6000 м. Данный стратон не содержит синрифтовых ассоциаций, подробная характеристика состава и строения разрезов всех литостратиграфических подразделений каратауской серии приведена в работах (Раабен, 1975; Козлов, 1982; Стратотип..., 1983; Маслов, 1988; Маслов и др., 2002), и здесь на ней мы не останавливаемся.

В 1960-х -- начале 1970-х гг. верхнедокембрийские осадочные последовательности западного склона Южного Урала рассматривались как типичные миогео-синклинальные образования (Смирнов, 1964; Гарань, 1969; Романов, 1973; Беккер, 1988 и др.), венчающиеся вендской молассой (ашинская серия).

Рис. 1. Обзорная схема (а), геологическая карта (б) Башкирского мегантиклинория и распределение различных осадочных ассоциаций в разрезах нижнего и среднего рифея (в) 1 -- дорифейские кристаллические образования; 2 -- породы нижнего рифея (бурзянская серия); 3 -- породы среднего рифея (юрматинская серия); 4 -- отложения верхнего рифея (каратауская серия); 5 -- вендские осадочные образования (ашинская серия); 6 -- палеозойские отложения; 7 -- тектонические нарушения; 8 -- геологические границы.

Свиты: ЯР -- айская; ЯР -- саткинская; ЯРк -- бакальская; ЯР2шз -- машакская; ЯР -- зигальгинская; ЯР2гк -- зигазино-комаровская; ЯР2ау -- авзянская.

В начале 1980-х гг. появились представления о рифтогенно-депрессионной природе рифейско-вендских отложений Башкирского мегантиклинория (Иванов, 1980, 1981; Формирование..., 1986; Парначев, 1988, и др.).

В последние годы все более широкое распространение получает точка зрения о том, что в раннем и среднем рифее на указанной территории и в прилежащих к ней районах ВЕП существовали относительно небольшие эпикратонные бассейны, а для позднего рифея можно реконструировать латеральный ряд формаций, сходный с рядами формаций, присущими океаническим бассейнам (Маслов и др., 2002; Пучков, 2010, и др.).

Процессы внутриконтинентального рифтогенеза начала раннего и среднего рифея, связанные с несколькими субглобальными плюмовыми событиями (Пучков, 2013, 2016 и др.), привели к появлению в типовом разрезе рифея специфических синрифтовых вулканогенно-осадочных ассоциаций айской и машакской свит, объединяющих конгломераты, микститы, грубо- и разнозернистые песчаники, низкоуглеродистые глинистые сланцы, основные и кислые вулканиты (см. рис. 1).