Результаты исследований и их обсуждение
На классификационной диаграмме log(SiO2/Al2O3)-log(Fe2O3o64/K2O) (Herron, 1988) подавляющее число фигуративных точек глинистых сланцев айской свиты сосредоточено в поле вакк, тогда как точки песчаников можно видеть в полях аркозов и литаренитов, а также сублитаренитов и субаркозов (рис. 2). Таким образом, очевидно, что в составе каркаса псаммитов айской свиты присутствуют продукты разрушения и кристаллических пород фундамента (так называемый петрогенный материал, т.е. материал, прошедший только один седиментационный цикл), и оса- дочных/метаосадочных образований дорифейского возраста (платформенный проточехол). Этот вывод хорошо согласуется с данными предшествующих минералого-петрографических исследований (Чайка, 1966 и др.).
Рис. 2. Положение точек состава песчаников и глинистых пород айской свиты на классификационной диаграмме 1 -- песчаники, 2 -- глинистые породы
В соответствии с представлениями, приведенными в работе (Юдович и Кетрис, 2000), разграничить петро- и литогенные (многократно переотложенные) осадочные образования можно при помощи ряда литохимических критериев.
Так, в петрогенных образованиях, как правило, сохраняются исходные корреляционные связи между основными породообразующими оксидами и литохимическими модулями: между титановым и железным модулями (соответственно ТМ и ЖМ) наблюдается положительная корреляция, тогда как между модулем общей щелочности (НКМ) и гидролизатным модулем (ГМ Перечисленные модули рассчитываются по содержаниям основных породообразующих оксидов: ТМ = ТЮ2Ш2О3, ЖМ = (Озобщ + МпО)/(ТЮ2 + АОз), НКМ = (О + КзОрАОз, ГМ = (А12О3 + Т1О2 + 2Озобщ + МпО)/8О2.) корреляция отсутствует.
Для песчаников айской свиты корреляция между ТМ и ЖМ весьма слабая отрицательная (г = -0,17), а между НКМ и ГМ она по сути дела отсутствует (г = 0,04). Вместе с тем между значениями ГМ и ТМ в песчаниках существует выраженная положительная корреляция (г = 0,86), тогда как в таких несомненно литогенных породах, как кварцевые песчаники, между указанными модулями наблюдается отчетливая отрицательная корреляция (Юдович и Кетрис, 2000). Последнее представляется нам дополнительным аргументом для того, чтобы отнести псаммиты айской свиты к породам с существенной долей петрогенного материала.
На диаграмме НКМ--ФМ (Юдович и Кетрис, 2000), имеющей вид
(Na2O + ВД/АЬОз--^Озобщ + MgO)/SiO2,
точки состава глинистых сланцев айской свиты в основном сосредоточены в областях V (хлорит-смектит-гидрослюдистые глины) и VI (гидрослюдистые глины со значительной примесью дисперсных полевых шпатов) (рис. 3). При этом точка PAAS на данном графике находится в зоне перекрытия областей II (преимущественно смектитовые с примесью каолинита и гидрослюды глины) и V. Среднее содержание оксида магния в глинистых сланцах айской свиты составляет 2,1 ± 1,1 масс. % (минимум -- 0,2, максимум -- 5,8 %). Из 44 образцов глинистых сланцев только для 5 характерно содержание MgO > 3 %. Последнее значение рассматривается в качестве порогового -- оно позволяет разделить «обычные» глинистые породы и тонкозернистые обломочные образования с возможной примесью так называемой камуфлированной пирокластики (Юдович и Кетрис, 2000). Из сказанного можно сделать вывод, что в составе глинистых пород рассматриваемого нами уровня эталонного разреза рифея такая пирокластика отсутствует.
Рис. 3. Положение фигуративных точек глинистых пород айской свиты на диаграмме (Аа20 + К20)/А1203-- (БегОзобщ + М0)/8О2
Условные обозначения см. рис. 2. 1-У1 -- поля глин: I -- преимущественно каолинитовых; II -- преимущественно смектитовых с примесью каолинита и гидрослюды; III -- преимущественно хлоритовых с примесью Бе-гидрослюд; IV -- хлорит-гидрослюдистых; У -- хлорит-смектит-гидрослюдистых; VI -- гидрослюдистых со значительной примесью дисперсных полевых шпатов
Глинистые сланцы айской свиты характеризуются отсутствием корреляции и между ТМ и ЖМ (г = 0,05), и между НКМ и ГМ (г = -0,02). Соотношение K^O/A^O^ составляет для них 0,29 ± 0,08 (минимум -- 0,18, максимум -- 0,56), при этом для 11 образцов из 44 указанный параметр в той или иной мере выше 0,30 -- порогового значения, которое в работе (Cox et al., 1995) принято как разделяющее лито- и петрогенные глинистые породы. Все это дает основание предполагать, что глинистые сланцы исследованной нами выборки содержат определенную долю литогенного материала, причем примерно в четверти образцов она, по всей видимости, невелика.
Среднее значение индекса химического изменения (CIA Химический индекс изменения рассчитывается по формуле
CIA = 100 (А12Оз)/(А12Оз + CaO* + Na2O + K2O)
(где CaO* -- содержание оксида кальция в в терригенных компонентах), при этом содержания породообразующих оксидов берутся в молекулярных количествах (Nesbitt and Young, 1982 и др.).) для глинистых пород айского уровня составляет 63 ± 4 (минимум -- 53, максимум -- 70). Это может указывать на достаточно слабое химическое выветривание пород-источников тонкой алюмосиликокластики, или же этот факт можно интерпретировать как следствие относительно выраженной/достаточно интенсивной тектоники в областях размыва.
Сравнение валового химического состава песчаников и глинистых пород айской синрифтовой ассоциации с составом таких референтных объектов, как средний протерозойский кратонный песчаник -- ПКП (Condie, 1993) и средний постархейский австралийский глинистый сланец -- PAAS (Taylor and McLennan, 1985), показывает достаточно широкие вариации содержаний основных породообразующих оксидов (рис. 4, а). Так, среднее содержание оксида кремния в песчаниках айской свиты составляет (0,68 -t 1,03) ПКП (среднее -- 0,85 ПКП) (см. таблицу). Средние содержания оксидов титана, алюминия и натрия варьируют в пределах (~2,3 -t 2,5) ПКП. Средние содержания оксидов фосфора и калия еще выше -- соответственно 3,9 ПКП и 5,2 ПКП. Примерно такое же распределение основных породообразующих оксидов в песчаниках айской свиты наблюдается и при нормировании на «средний нижнерифейский алевропесчаник» ВЕП (Ронов и др., 1995) (см. рис. 4, а). Очевидно, что присутствующие в разрезах айской свиты песчаники характеризуются заметной незрелостью своего химического состава, что, как можно предполагать, в какой-то, возможно и существенной, степени связано с их формированием в достаточно активных тектонических обстановках. На это же указывает и заметно больший разброс содержаний в них оксидов кальция и натрия по сравнению с песчаниками юшинской свиты нижнего рифея, принадлежащих к ассоциации надрифтовых толщ.
Рис. 4. Распределение основных породообразующих оксидов в песчаниках (а) и глинистых породах (б) айской свиты, нормированных по алевропесчаным породам нижнего рифея ВЕП, среднему протерозойскому кратонному песчанику и РАА8
Глинистые породы айской свиты характеризуются сопоставимыми с РААБ средними содержаниями только трех оксидов -- кремния, магния и фосфора (соответственно 1,04 РААБ, 1,03 РААБ и 1,09 РААБ) (см. рис. 4, б). Средние содержания оксидов титана, алюминия и железа в них несколько ниже (0,72 РААБ, 0,85 РААБ и 0,66 РААБ), а натрия и калия -- несколько выше, чем в РААБ (соответственно 1,63 РААБ и 1,32 РААБ). Содержания оксидов марганца и кальция варьируют от 0,05 до 0,68 и от 0,08 до 1,94 при средних значениях соответственно 0,24 РААБ и 0,49 РААБ (см. таблицу).
На диаграмме К20/Ма20--8О2/А1203 (2005) фигуративные точки глинистых пород айской свиты (все характеризующиеся соотношениями К20а20 < 15) расположены в области составов, для которой можно предполагать отсутствие проявления сколько-нибудь масштабного калиевого метасоматоза (рис. 5). Соответственно, во всех дальнейших рассуждениях мы можем без каких- либо поправок использовать данные о содержании оксида калия в глинистых породах основания нижнего рифея Башкирского мегантиклинория.
Рис. 5. Положение точек глинистых сланцев айской свиты на диаграмме К20/а20--О2/1203 Условные обозначения см. рис. 2
Известно, что процессы осадконакопления в рифтовых бассейнах тесно связаны с процессами тектоническими (Осадочные..., 2004; и др.); последние контролируют объем и общую архитектуру области аккомодации, способствуют появлению многочисленных локальных источников кластики и ловушек последней. В целом формирование осадочного заполнения рифтов -- процесс неравновесный и незавершенный. В таких обстановках синрифтовые осадочные образования имеют весьма пестрый петрографический (Ingersoll et al., 1990; Garzanti et al., 2001 и др.), и, как мы видим, химический состав.
По данным о валовом химическом составе осадочных пород можно в определенной мере судить и о составе пород-источников обломочного материала для них. Для этого обычно используется ряд различных диаграмм, из них наиболее широко -- диаграмма F1--F2 Здесь принято следующее: F1 = 30,638(TiO2/Al2O3) - Озобщ/Оз) + 7,329(MgO/Al2O3) + 12,031(Na2O/Al2O3) + 35,402(K2O/Al2O3) - 6,382, F2 = 56,5(TiO2/Al2O3) - 10,879(Fe2Oзобщ/Al2Oз) + 30,875(MgO/Al2O3) - 5,404(Na2O/Al2O3) + 11,U2(K2O/Al2O3) - 3,89. (Roser, Korsch, 1988). Распределение фигуративных точек состава песчаников и глинистых пород айской свиты на этой диаграмме (рис. 6) достаточно показательно. Львиная доля точек сосредоточена в области, представляющей продукты разрушения кислых магматических пород; существенно меньше их расположено в области составов, отвечающей продуктам разрушения осадочных и/или метаосадочных образований, содержащих заметную долю кварца. Такое распределение не противоречит выводу, сделанному выше при рассмотрении положения точек осадочных пород айской свиты на диаграмме М. Хиррона (Herron, 1988), а именно: в каркасе песчаников данного уровня эталонного разреза рифея присутствуют продукты разрушения и кристаллических пород фундамента, и дорифейского проточехла.
До недавнего времени по валовому химическому составу осадочных пород можно было более или менее уверенно судить только об ограниченном числе палеогеодинамических обстановок их формирования (пассивные и активные, в том числе с островными дугами разных типов, континентальные окраины). Для песчаников и глинистых пород коллизионных и рифтогенных обстановок области характерных составов на большинстве дискриминантных диаграмм отсутствовали.
Б1
Рис. 6. Распределение точек состава песчаников и глинистых пород айской свиты на диаграмме Б1--Б2 Условные обозначения см. рис. 2
Ситуация изменилась только в последние несколько лет. В 2013 г. опубликованы новые дискриминантные диаграммы DF1--DF2 Здесь принято следующее:
ЭБ1 = -0,2631п(ТЮ2/8Ю2)а<1) + 0,6041п(Л12Оз/8Ю2)аа) - 1,7251п(Ре203общ/8Ю2)а<і) + 0,6601п(МпО/8Ю2)а<1) + 2,1911п(М0/8Ю2)а<1) + 0,1441п(СаО/8Ю2)аа) - 1,3041п(Ма20/8Ю2)аа) + 0,0541п(К20/8Ю2)аа) - 0,3301п(Р205/8Ю2)аа) + 1,588,ЭБ2 = -1,1961п(ТЮ2/8Ю2)аа) + [1,064^1203/8102^ + 0,3031п(Бе203общ/8Ю2)аа) + 0,4361п(Мп0/8Ю2)аа) + 0,8381п(Мд0/8Ю2)аа) - 0,4071п(Са0/8Ю2)аа) + 1,0211п(Ма20/8Ю2)аа) - - 1,7061п(К20/8Ю2)аа)] - 0,1261п(Р205/8Ю2)аа) - 1,068.
Нижний индекс «ц^» показывает, что расчет ведется по содержаниям оксидов, приведенным к 100 % сухого вещества. В то же время нами показано (Маслов и др., 2018), что значения ЭБ можно определять и без такого пересчета. для терригенных пород с высоким (63-95 %) и низким (35-63 %) содержанием SiO2 (Verma and Armstrong-Altrin, 2013). Границы классификационных полей (на диаграммах выделены области составов, характерные для рифтогенных, коллизионных и островодужных обстановок) на них проведены на основе расчета вероятности в соответствии с работой (Agrawal, 1999). В то же время представляется, что и указанные диаграммы нуждаются в определенной доработке, так как не всегда позволяют однозначно установить палеогеодинамическую природу терригенных ассоциаций (Maslov et al., 2016b).
чек состава песчаников и глинистых пород айской свиты на диаграмме ОБ1--ОБ2
Условные обозначения см. рис. 2
Точки состава песчаников и глинистых пород айской свиты распределены на диаграмме DF1--DF2 в основном в областях, характерных для осадочных пород, сформированных и в рифтогенных, и в коллизионных обстановках. Небольшая их доля присутствует также в области составов, типичных для островодужных обстановок (рис. 7, а). Очевидно, что такое распределение не позволяет сделать какого-либо вывода о принадлежности песчаников и глинистых пород айской свиты к той или иной палеогеодинамической обстановке. Чтобы получить более строгий вывод, мы нанесли на указанную диаграмму средние точки песчаников и глинистых сланцев айской свиты (рис. 7, б), которые попали в область составов, характерных для рифтогенных обстановок. Исходя из сказанного и с учетом геологических данных, осадочные породы айской свиты можно с существенной долей вероятности считать синрифтовыми образованиями.
Заключение
1. В составе песчаников айской свиты -- базального подразделения бурзянской серии нижнего рифея Башкирского мегантиклинория (тип нижнего рифея Северной Евразии), присутствуют продукты разрушения и кристаллического фундамента ВЕП, и осадочных/метаосадочных пород ее платформенного проточехла. Этим определяется наличие существенной доли литогенного (неоднократно пере- отложенного) материала в составе псаммитов, а также ассоциирующих с ними глинистых сланцев.
2. Глинистые породы айской свиты в большинстве проанализированных нами образцов не содержат примеси так называемой камуфлированной пирокластики.
3. В целом тонкозернистые обломочные породы айской свиты характеризуются невысокими значениями индекса химического изменения, что позволяет предполагать формирование их в обстановках относительно выраженной тектоники в областях размыва, которая в существенной мере подавляла, по всей видимости, воздействие процессов химического выветривания на состав пород палеоводосборов.
4. Сравнение валовых химических составов и песчаников, и глинистых сланцев айской свиты с рядом референтных объектов (средний ПКП, PAAS и др.) показало, что для них характерны достаточно широкие вариации содержаний основных породообразующих оксидов, т. е. заметная химическая незрелость. Можно предполагать, что последняя обусловлена именно формированием их в относительно активных тектонических обстановках.
5. Глинистые породы айской свиты не несут признаков влияния калиевого метасоматоза.
6. Анализ валового химического состава песчаников и глинистых пород айской свиты показал, что источниками кластики для них выступали кислые магматические и (возможно) метаморфические породы (кристаллический фундамент ВЕП), а также осадочные и/или метаосадочные образования (проточехол) с повышенным количеством кварца.
7. Положение индивидуальных точек состава песчаников и глинистых пород айской свиты на диаграмме DF1-DF2 (Verma and Armstrong-Altrin, 2013) не позволяет сделать однозначного вывода об их палеогеодинамической природе (основная масса точек присутствует в областях, характерных для осадочных пород как рифтогенных, так и коллизионных обстановок; меньшая их часть сосредоточена в поле составов, типичных для островодужных обстановок). Более определенно в пользу рифтогенной/синрифтовой природы терригенных пород айской свиты свидетельствует распределение на указанной диаграмме средних точек песчаников и глинистых сланцев.