CC BY
44
УДК 552.4 (234.851+470.1)
ГЕНЕТИЧЕСКИЙ ВЗГЛЯД НА ОСАДОЧНЫЕ ФОРМАЦИИ ПАЛЕОЗОЙСКОГО СЕВЕРНУРАЛЬСКОГО ОСАДОЧНОГО БАССЕЙНА
А. И. Антошкина, В. А. Салдин, Н. Ю. Никулова, А. Н. Сандула, А. Н. Шадрин,
Д. Н. Шеболкин, Е. С. Пономаренко
аШв8кк1па Щео. komisc.ru
Генетическая типизация отложений палеозойских формаций Североуральского осадочного бассейна показала, что каждая формация имеет характерные наборы групп генетических типов формациеобразующих, типичных обычных и нетипичных. Установлено, что большое разнообразие генотипов отложений карбонатных формаций отражает дифференциацию палеорельефа карбонатной платформы в условиях нестабильного тектонического режима. Широкое распространение генетических типов механогенного класса свидетельствует о переломных рубежах в истории седиментационного бассейна. Формациеобразующие генетические типы можно использовать в качестве индикационных признаков структурной перестройки северо-восточной окраины Европейского континента и эволюции Палеоуральского океана в палеозое.
Ключевые слова: генетический тип, генетическая группа, генетический класс, формация, палеозой, Североуральский осадочный бассейн
GENETIC VIEWS AT SEDIMENTARY FORMATIONS OF THE NORTH URALS PALEOZOIC SEDIMENTARY BASIN
A. I. Antoshkina, V. A. Saldin, N. Ju. Nikulova, A. N. Sandula, A. N. Shadrin, D. N. Shebolkin, E. S. Ponomarenko
Genetic typification of Paleozoic formations deposits of the North Urals sedimentary basin has shown that each formation has characteristic sets of genetic types groups formation-forming, typical usual and atypical. It is established that the great variety of genotypes of carbonate formations reflects differentiation of carbonate platforms landscapes in an astable tectonic regime conditions. The wide distribution of genetic types of mechanical-genetic class testifies to boundaries of change in the sedimentary basin history. Formation-forming genetic types can be used as indicator signs of structural reorganisation of northeast margin of the European continent and evolution of the Paleo-Urals Ocean in the Paleozoic.
Keywords: genetic type, genetic group, genetic class, formation, Paleozoic, North Urals sedimentary basin
Знание способа образования выражает самое существенное и специфичное в понятии о генезисе и определяет генетический тип объекта
В. Т. Фролов, 1984
В 1970—1980 гг. при исследовании палеозойских отложений севера Урала А. И. Елисеев впервые применил формационный анализ. Он установил закономерности строения и состава карбонатной (Елецкой) и сланцевой (Лемвинской) структурно-формационных зон на северо-востоке Европейской платформы. В результате им были построены формационные ряды этих зон и показано, что в первом ряду трижды происходила закономерная смена карбонатных и тер-ригенных формаций, образующих циклическую последовательность платформенного шельфового типа. В ряду сланцевой зоны более отчетливо проявилась необратимая эволюция формаций периплатформенного батиального типа, свидетельствующая о начальном, а затем максимальном
погружении и инверсии [5]. А. И. Елисеев впервые провел сравнительный формационный анализ и выделил разные типы ограничений окраин палеозойских платформ (западноуральский, западнотасманский и восточноандский). Он показал, что формационные ряды на периферии платформ отражают три фактора седиментоге-неза: тектонический, климатический и фактор петрофонда [6]. Литологические индикаторы геодинамических режимов — осадочные формации и формационные ряды — играют важную роль при региональных и глобальных реконструкциях.
Палеозойские осадочные образования северо-восточной пассивной окраины Европейского континента включают латеральные и вертикальные формационные ряды. Выделенные А. И. Елисеевым латеральные шельфовый и батиальный ряды формационных семейств являются индикаторами крупных тектоноседимента-ционных циклов. В шельфовом ряду Елецкой структурно-формационной зоны трижды повторяется триада фор-
маций: фалаховая (терригенная оли-гомиктовая), платамовая (карбонатно-глинистая) и калейдовая (преимущественно карбонатная). Батиальный ряд Лемвинской структурно-формационной зоны образован закономерно сменяющими друг друга семействами палиноровых (алеврито-песча-но-глинистых), толеровых (известково-кремнисто-глинистых) и флише-вых (граувакковых) формаций. Пали-норовые формации соответствуют начальному опусканию территории, толеровые — времени максимального погружения, флишевые — заключительной инверсионной стадии [6]. Троекратное появление и чередование формаций объясняются сменой палеотектонического режима, определяемого структурными перестройками, связанными с глобальными и региональными тектоническими событиями и эволюцией Палеоуральс-кого океана.
С началом орогенеза сформировалось своеобразное семейство фли-шевых формаций (С1У1—Р1аг), отличающееся составом, строением, возрас-
том и распространением: карбонатно-терригенная каменноугольная, терри-генные ассельско-сакмарская и ар-тинская [9]. Первые две завершают батиальный ряд формаций (Лемвин-ская структурно-формационная зона), третья перекрывает шельфовый ряд формаций (Елецкая структурно -формационная зона).
В последнее время наибольшее внимание уделялось формациям и литологическим комплексам, которые являются наиболее яркими индикаторами смены режимов в палеогеодинамике осадочного бассейна и отражают переломные моменты в истории седиментационного бассейна. К ним относятся основание рифтогенной фалаховой верхнекембрийско-нижнеордовикской формации, калей-довые карбонатные верхнеордовикс-ко-нижнедевонская и верхневизейс-ко-нижнеартинская, а также флише-вая нижнепермская формации.
Формационное направление, разработанное А. И. Елисеевым, на современном уровне исследований характеризуется генетической направленностью и историческим подходом к объектам исследования, т.е. каждая осадочная порода рассматривается как геологическое образование, которое имеет свою собственную историю возникновения и эволюционирования. Палеозойские отложения Североуральского осадочного бассейна представляют широкий спектр седиментационных обстановок — от континентальных до глубоководных. Многообразие геологических событий отражается и в характере осадочных формаций. Как установлено, в образовании осадочных бассейнов ведущая роль принадлежит
тектоническим движениям. Источники сноса и седиментационные процессы в областях осадконакопления являются вторым важным фактором в развитии осадочных бассейнов.
Основным методом такого направления исследований служит комплексное литолого-генетическое изучение отложений, когда выделяются литотипы — прообразы генотипов, к которым они могут быть отнесены по набору собственных признаков. Генетические типы формируются в результате определенного геологического процесса или способа накопления отложений. Согласно работам Е. В. Шанцера, Н. И. Николаева и В. Т. Фролова выделяются следующие основные генетические классы: вулканогенно-осадочный, хемоген-но-биогенный, механогенный и элювиальный, которые подразделяются на более мелкие группы и типы. Среди парагенотипов и генетических типов отложений, составляющих формацию, выделяются следующие группы: 1) формациеобразующие; 2) типичные обычные; 3) нетипичные характерные; 4) нехарактерные. В изученных нами палеозойских ф ормаци-ях Североуральского осадочного бассейна также были установлены разные группы генотипов.
Так, в основании палеозойского разреза в терригенной нижнеордовикской фалаховой формации эрозионные уровни являются широко распространенными [15]. В базальных слоях, приуроченных к зоне межформа-ционного контакта доуралид и ура-лид, следует считать типичными обычными генотипами: приливный, лагунный, лавокластитов, донных шельфовых течений, западинно-
шельфовый, аллювиально-пролюви-альный. Они относятся к флювиаль-ной группе механогенного класса. Механизмы образования этих генотипов реализуются обычно на эрозионных уровнях, широко развитых в строении этой формации. К числу формационных нехарактерных относятся хемоэлювиальный и гидротермальный генетические типы серицитоли-тов экзометасоматического класса [8].
Генетическая типизация отложений верхнеордовикско-нижнедевонс-кой калейдовой формации севера Урала и Приуралья показала широкий спектр типов хемобиогенного, механо-генного и элювиального генетических классов, четко отражающих тектонические и палеогеографические особенности осадочного бассейна [8]. Генетические типы хемобиогенного класса представлены как в биогенной, так и в хемогенной группах. Механоген-ный класс характеризуется наибольшим разнообразием генетических типов отложений, объединенных по характерным признакам в следующие генетические группы: склоновую, потоково-водную, тиховодную и волновую. Хемобиогенные и механогенные генетические типы являются формациеобразующими, и лишь элювиальные генотипы можно считать нетипичными характерными (см. таблицу).
В визейской платамовой формации ф ормациеобразующими являлись следующие генетические типы: 1) донных шельфовых течений потоково-водной (флювиальной) группы механогенного класса; 2) активноводных шельфовых отложений биогенной группы биохемогенного класса и 3) мелководно-шельфовых отложений с возможным участием при-
Элювиальные генетические типы верхнеордовикско-нижнедевонских карбонатных отложений на севере Урала
Г енетический тип Форма аккумуляции Механизм формирования Основной геологический процесс Обстановка Форма и размер геологических тел
Брекчии Элювий Механический - Волновая Отмель рифовая Линзовидные тела
и конглобрекчии физический гидрогенный. абразия мощностью до 5-10 м
рифовые приливно-отливный
Брекчии Элювий Седиментационно- Субаэральное Риф, Участки до 10x10 м
растрескивания физический дезинтеграционный осушение лагуна и пласты мощностью до 20 см
Брекчии Элювий Дезинтеграционный Субаквальное Супралитораль, Тело мощностью
седиментационно- физический +химический расскалывание + литораль до 60 м и видимой
диагенетические и химический - самосадочный вадозная цементация длиной до 4 км
Коры Хемоэлювий Экзомета- Субаэральное Суша Пласты мощностью
выветривания соматический химическое выветривание до 30 см
Биотурбидиты Биоэлювий Биомеханический Субаквальное Сублитораль, Пласты мощностью
А
Река Илыч
Генетические типы:
мелководно-шельфовых отложений 3
активно-водных
шельфовых
отложений
донных шельфовых течений
_ . западинно-5 ' шельфовый
I
Река Печора
Условные обозначения
|| ~ I ~ I Ц -ІІЗВССГНЯКИ
— известняковые брекчии
І — I — 1 -І-І — глинистые известняки
Е-іАі-П
ІГ г Г | доломиттнромнные
I У У Я НЗВССТНЯКИ
- брахноподы
Генетический тип склона впадины
Рис. 1. Основные генетические типы отложений платамовой формации в бассейне верхней Печоры:
А — разрез подчеремской градации (обн. 87,89): а — характер переслаивания пород; б — аргиллит с сидеритовыми конкрециями; в — скопления кораллов; г д — косослоистые известняки; е — конглобрекчия; Б — разрез кушковатской градации (обн.66): а — общий вид отложений кушковатской градации; б — тонкое
— схема расположения обнажений
— перевернутая колония Syringopora переслаивание известняков с кремнями;
‘ёе&ИНик, октябрь, 2010 г., № 10
ливных и стоковых течений потоково-водной группы механогенного класса. Нетипичные характерные отложения отнесены к механогенному генетическому классу, включающему генетический тип склона впадины внутри карбонатной платформы кол-лювиальной группы и западинно-шельфовый генетический тип застойно- или тиховодной группы (рис. 1).
Среди отложений верхневизейс-ко-нижнеартинской калейдовой формации в бассейне верхней Печоры выделены лагунный, пелагический, биогермный и склоновый гравитационный генетические типы отложений. Генотипы механогенного, биогенного и хемогенного классов являются формациеобразующими и типичными обычными для этой формации, тогда как пелагический генотип может быть отнесен к нехарактерному типичному [8, 13, 14].
Формациеобразующими генетическими типами каменноугольных карбонатно-терригенных и ассельс-ко-сакмарских терригенных флише-вых отложений являются турбидиты и пелагиты. Артинская терригенная флишевая формация, напротив, отличается широким спектром генетических типов. Выделенные здесь породные ассоциации по основным геологическим процессам и способам формирования флиша принадлежат к формациеобразующим и типичным обычным генетическим типам меха-ногенного класса потоково-водной (флювиальной) группы, к которым относятся: турбидные и дебритные потоки, оползни и фоновая пелагическая седиментация (пелагиты).
Проведенная нами генетическая типизация шельфовых палеозойских отложений показала, что калейдовые карбонатные формации отличаются наибольшей пестротой литологического состава и характеризуются масштабностью развития и разнообразием генетических типов механогенно-го класса, что свидетельствует о нестабильном тектоническом режиме Североуральского осадочного бассейна в эти периоды. Формирование карбонатных геологических тел калейдовой формации укладывается в две основные литогеодинамические модели: 1) бассейнов с дифференциацией интенсивности погружения расчлененного шельфа, обрамленного рифами мощностью от 260 до 1000 м (платформа-шельф) и 2) бассейнов с интенсивно погружающейся слабо расчленённой рампой и мелкими органогенны-
ми постройками (платформа-рампа). Направленность развития бассейна из платформы-шельфа в платформу-рампу (и наоборот) была в прямой зависимости от региональных тектонических событий [1].
Разнообразие биогенных генетических типов, приуроченных к калей-довым формациям, отражает эволюционный тренд палеозойской рифовой экосистемы [3]. Эти этапы имеют свои характерные экологические черты, различающиеся по масштабам ри-фообразования, положению органогенных сооружений в палеобассейне. Набор механизмов/способов образования и разнообразие генетических типов говорят о том, что во время формирования отложений верхнеордо-викско-нижнедевонской и верхневи-зейско-нижнеартинской калейдовых формаций нестабильный тектонический режим определял дифференциацию палеорельефа карбонатной платформы [2, 4, 11, 16]. Формирование в
артинское время генетических типов преимущественно механогенного класса отражает смену морских карбонатных отложений терригенными. В результате этого процесса в поздней перми морской Североуральский осадочный бассейн преобразовался в континентальный.
Установлено, что начало коллизии на севере Урала датируется ранним визе. Ее индикатором является наличие карбонатно-терригенной флишевой формации в Лемвинской структурно-формационной зоне. Образование каменноугольной карбо-натно-терригенной и ассельско-сак-марской терригенной флишевых формаций происходило в период ликвидации периферической батиальной зоны на окраине Европейского континента вплоть до артинского века. Артинская терригенная флишевая формация завершает палеозойский формационный ряд Лемвинской структурно-формационной зоны. В
Рис. 2. Схема миграции Предуральского краевого прогиба во времени
Елецкой структурно-формационной зоне (бывшем карбонатном шельфе), по нашим данным, коллизионный этап наступил только в артинское время [9]. Именно тогда начал закладываться Предуральский краевой прогиб, индикатором которого являются такие образования терригенного фли-ша, как свиты гусиная, косьинская и орловкинская (рис. 2). Реконструкция предфлишевых седиментационных обстановок позволяет установить некоторые особенности формирования краевого прогиба. Изучение характера пространственно-временных переходов среднекаменноугольных мелководно-морских отложений к артинс-ким флишевым глубоководным на Приполярном и Северном Урале показало наличие четырех типов разрезов переходных отложений, отличающихся составом, мощностью, условиями и временем образования [10]. Они представляют латеральный профиль широтного направления до начала и на начальной стадии формирования краевого прогиба на севере Урала. В этом регионе переход по латерали и разрезу от предфлишевых к флише-вым отложениям проходил с поздне-визейского по артинское время скачкообразно. Одновозрастность нижней границы артинской терригенной флишевой формации указывает на близкое по времени заложение Пре-дуральского краевого прогиба (именно тогда он соответствовал геоморфологическому понятию краевого прогиба) на всей изученной нами части севера Урала и одновременное его заполнение обломочным материалом.
Проведенное нами детальное исследование событийных палеозойских формаций Североуральского осадочного бассейна позволило выявить формациеобразующие, типичные обычные и нетипичные характерные группы генетических типов. В результате
установлено, что большое разнообразие генотипов отложений карбонатных формаций отражает дифференциацию палеорельефа карбонатной платформы в условиях нестабильного тектонического режима. Широкое распространение генетических типов ме-ханогенного класса свидетельствует о переломных рубежах в истории седи-ментационного бассейна. Выделенные нами формациеобразующие генетические типы отложений можно использовать в качестве индикационных признаков структурной перестройки северо-восточной окраины Европейского континента и эволюции Палео-уральского океана в палеозое.
Исследования проводились в рамках Программы ОНЗРАН, № 09-Т-5-1028.
Литература
1. Антошкина А И. Пространственно-временные связи в структуре нижнепалеозойской калейдовой формации севера Урала // Проблемы геологии и минералогии. Сыктывкар: Геопринт. 2006. С. 351—364. 2. Антошкина А.И. Типизация нижнепалеозойских обломочных карбонатов севера Урала // Материалы 5-го Всерос. литол. совещ. Т. 1. Екатеринбург: ИГГУрО РАН, 2008. С. 25—27. 3. Антошкина А. И. Причинно-следственная связь дискретности палеозойского рифо-образования на севере Урала // Материалы Всерос. литол. совещ. «Рифы и карбонатные псефитолиты». Сыктывкар: Геопринт, 2010. С. 15—17. 4. Антошкина А И. Карбонатные псефитолиты подводных каналов как основание для рифа, Приполярный Урал // Материалы Всерос. литол. совещ. Сыктывкар: Геопринт, 2010.
С. 18—20. 5. Елисеев А И. Формации зон ограничения северо-востока Европейской платформы. Л.: Наука, 1978. 204 с. 6. Елисеев А И. Сравнительный формационный анализ ограничений платформ в палеозое. Сыктывкар, 1982. 56 с. (Научные доклады / АН СССР. Коми филиал. Вып. 78). 7. Елисеев А. И. Геологические формации и методы формационного ана-
лиза. Сыктывкар: Геопринт, 2008. 36 с.
8. Генетические типы отложений осадочных формаций и эволюция палеозойского Североуральского осадочного бассейна // Литосфера Тимано-Североуральского региона: геологическое строение, вещество, геодинамика / Отв. редакторы А. М. Пыстин, А. И. Антошкина, Л. В. Махла-ев. Сыктывкар: Геопринт, 2008. С. 51—77.
9. Салдин В. А. Характер миграции фли-шенакопления на севере Урала // Литологические аспекты геологии слоистых сред. Материалы 7-го Уральского регион. литол. совещ. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2006. С. 227—229. 10. Салдин В. А. Литохимическая характеристика нижнепермских фосфатных пород средней Пе -чоры // Материалы Второй Всерос. школы по литохимии. Сыктывкар: Геопринт. 2006. С. 55—58. 11. Салдин В. А. Пространственное распределение сред-некаменноугольно-нижнепермских органогенных построек и депрессионных отложений на севере Урала // Материалы Всерос. литол. совещ. «Рифы и карбонатные псефитолиты». Сыктывкар: Геопринт, 2010. С. 155—157. 12. Салдин В. А. Состав обломков песчаников фли-шевых формаций севера Урала // Актуальные вопросы литологии: Материалы 8-го Уральского литол. совещ. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2010. С. 276—278. 13. Сандула А Н. Известняковые брекчии в каменноугольных отложениях Печорского Урала. Екатеринбург: УрО РАН. 2008. 143 с. 14. Сандула А. Н. Карбонатные псефитолиты калейдовых формаций северо-восточной окраины Европейской платформы // Материалы Всерос. литол. совещ/ «Рифы и карбонатные псефитолиты». Сыктывкар: Геопринт, 2010. С. 158— 159. 15. Формации палеозоя северо-восточной окраины Европейской платформы / А. И. Елисеев, А. И. Антошкина, В. А. Салдин и др. Сыктывкар, 2006. 72 с. (Научные доклады / Коми науч. центр УрО РАН. Вып. 481). 16. Antoshkina A. Late Ordovician—Early Silurian facies development and environmental changes in the Subpolar Urals // Lethaia, 2008. Vol. 41, Р. 163—171.
Рецензент чл.-кор. В. H. Пучков
