CC BY
41
УДК 551.1/.4; 550.849
раздел ГЕОГРАФИЯ и ЭКОЛОГИЯ
ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ВУЛКАНИТОВЫХ ПЕСЧАНИКОВ РЫСКУЖИНСКОЙ ТОЛЩИ НИЖНЕГО ДЕВОНА И ИРЕНДЫКСКОЙ СВИТЫ СРЕДНЕГО ДЕВОНА СЕВЕРА ЗАПАДНО-МАГНИТОГОРСКОЙ
ЗОНЫ (ЮЖНЫЙ УРАЛ)
© Р. И. Зайнуллин12
1Башкирский государственный университет Россия, Республика Башкортостан, 450076 г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32.
2Институт геологии УНЦ РАН Россия, Республика Башкортостан, 450077 г. Уфа, ул. К. Маркса, 16/2.
Тел./факс: +7 (917) 735 52 71.
Email: zri-bgu@mail.ru
На основе петрографического состава и содержания редких и редкоземельных элементов определены отличительные признаки рассматриваемых отложений. Определены состав и условия образования исходных материнских пород песчаников. Установлено, что в песчаниках рыскужинской толщи преобладает содержание легких РЗЭ, а также Sr, Zr, Nb, Hf, Th, U, Ti.
Ключевые слова: песчаники, геохимический состав, нижний девон, рыскужинская толща, Западно-Магнитогорская зона, островная дуга.
Введение
Нижнедевонские отложения в Западно-Магнитогорской зоне (ЗМЗ) представлены вулканогенными, вулканогенно-осадочными и осадочными отложениями. Они обнажены фрагментарно, осложнены многочисленными разрывными нарушениями и редко образуют непрерывные разрезы. Это объясняется их близким расположением к Главному Уральскому разлому. Взаимоотношение их с подстилающими и перекрывающими отложениями трактуется по-разному. Особое внимание привлекают вулканомиктовые песчаники рыску-жинской толщи нижнего девона и вулканитовые турбидиты ирендыкской свиты среднего девона. Долгое время их картировали единой стратиграфической единицей - ирендыкской свитой. Это связано с макроскопической и фациальной схожестью отложений, близким расположением и ограниченным количеством палеонтологических данных.
Состав и условия образования отложений ирендыкской свиты изучены более подробно, чем отложений рыскужинской толщи. Нижнедевонским кластолитам характерны наложенные вторичные изменения, поэтому первоначальный облик их не всегда сохранен. В этом случае определить состав источников сноса, произвести реконструкцию условий седиментации и найти критерии отличия нижнедевонских песчаников от среднедевонских можно на основе анализа их геохимического состава. Изучению геохимии нижнедевонских кластоли-тов данной территории посвящено небольшое количество публикаций [1-3].
В данной работе на основе анализа геохимического состава будут сравниваться три группы песчаников: фаунистически охарактеризованной рыскужинской толщи, ее аналогов в разрезе у д. Тир-ман и ирендыкской свиты.
Краткая характеристика изучаемых отложений
Наиболее перспективные для изучения и близкие по расположению разрезы рыскужинской толщи и ирендыкской свиты представлены в ЗМЗ на левобережье реки Бол. Кизил.
Рыскужинская толща нижнего девона выделена В. А. Масловым и О. В. Артюшковой [4]. Она представлена вулканомиктовыми песчаниками, алевролитами, силицитами, реже гравелитами и разновозрастными телами известняков, осложненных разрывными нарушениями. У д. Рыскужино вулканомиктовые отложения датированы находками брахипод и криноидей в известковистых песчаниках [5-6], известняки - находками криноидей, кораллов и конодонтов [4; 7-9], кремни у д. Иш-кильдино - нижнедевонскими конондонтами [4]. Мощность толщи не превышает 500 м.
Ирендыкская свита среднего девона впервые выделена Л. С. Либровичем [10]. В ЗМЗ она распространена от широты г. Гай на юге до г. Миасс на севере и представлена вулканитами и тефротур-бидитами базальтового и андезито-базальтового состава от алевритовой до псефитовой размерности с прослоями силицитов. Мощности слагающих пород от разреза к разрезу меняются. Нижние и верхние границы отмечаются по кремнистым отложениям сагитовоской толщи и ярлыкаповской свиты соответственно. Мощность свиты варьирует от 200 до 3500 м.
Материал
Отбор песчаников рыскужинской толщи и ирендыкской свиты производился в двух разрезах: у д. Рыскужино и д. Тирман (см. рис. 1).
Разрез у д. Рыскужино расположен на юго-восточной окраине деревни в небольшом карьере по добыче камня. Здесь вскрыта рыскужинская
толща (О^б), представленная последовательностью псаммитолитов и алевролитов с градационной сортировкой, слагающих циклиты мощностью до 1 м. В основании циклитов залегают грубо и крупнозернистые песчаники зеленовато-серого цвета. В верхних частях циклитов наблюдаются прослои алевролитов мощностью 5-10 см. Мощность выходов составляет 15-17 м. В верхней части разреза имеется прослой известковистых песчаников мощностью 15-20 см, содержащий макрофауну.
Песчаники сложены плагиоклазами, обломками пород и единичными зернами пироксена. Мат-рикс и обломки подвержены вторичным изменениям, наблюдаются эпидотизация и кальцитизация.
Разрез у д. Тирман расположен на ее северовосточной окраине вдоль автодороги Белорецк -Аскарово. Условно ее можно разделить на 3 части (см. рис. 1): рыскужинскую толщу (Б^б?), баймак-бурибаевскую (Б1ЬЬ) и ирендыкскую свиты (БгП").
Рыскужинская толща фаунистически не охарактеризована, выделяется условно по положению в разрезе [4]. Она представлена переслаиванием серо-зеленых песчаников от среднезернистой до алевролитовой размерности и кремнистых аргиллитов, слагающих циклиты мощностью от 0.5 до 1 м. Породы местами трещиноватые, имеются немногочисленные прожилки кварца.
Рис. 1. Местоположение изучаемых разрезов. Условные обозначения: 1 - песчаники, 2 - алевролиты, 3 - силициты, 4 - базальты, 5 - места находок конодонтов, 6 - места находок макрофауны.
Аналоги баймак-бурибаевской свиты нижнего девона сложены гематизированными базальтами и грубообломочными породами. От вышележащей ирендыкской свиты она ограничена фаунистически охарактеризованной сагитовской толщей.
Ирендыкская свита среднего девона представлена переслаиванием вулканитовых турбидитов разной мощности. Турбидиты сложены зеленовато-серыми грубо- и крупнозернистыми песчаниками в основании и мелкозернистыми песчаниками и алевролитами в кровле. Песчаники состоят из зерен пироксен-плагиоклазов и обломков основных вулканических пород [3].
Песчаники опробованы из двух разрезов в количестве 26 штук. Элементный состав определялся методом ICP-MS во ВСЕГЕИ (г. Санкт-Петербург) и в ИПТМ РАН (г. Черноголовка).
Результаты и их обсуждение
На основе средних значений элементных отношений Th/Sc, La/Sc, La/Co, Th/Co, Th/Cr, Th/Sc в основных типах магматических пород [11] были построены дискриминационные диаграммы для определения состава материнских пород песчаников (см. рис. 2).
Рис. 2. Дискриминационные диаграммы для определения состава исходных пород песчаников. Условные обозначения: 1 - песчаники рыскужинской толщи, 2 - песчаники предполагаемой рыскужинской толщи разреза у д. Тирман, 3 - песчаники ирендыкской свиты.
Распределение фигуративных точек показало, что песчаники рыскужинской толщи тяготеют к породам основного и среднего состава, а песчаники ирендыкской свиты только к породам основного состава.
Аналогичные результаты были получены и на диаграммах гг^ - О/Л [13], La/Sc - Yb/Th [12] (рис. 2). Расположение фигуративных точек нижнедевонских песчаников на перегибе гиперболы диаграммы La/Sc - Yb/Th свидетельствует о двухком-понентном составе материала (смешение основных и кислых пород), тогда как песчаники ирендыкской свиты расположились вдоль ветви Yb/Th, что характерно для материала основного состава.
Редкоземельные элементы являются одними из наименее подвижных элементов, на которые слабо влияют процессы гидротермального изменения и низкотемпературного метаморфизма, поэтому их содержание наиболее корректно отражает состав первичных магматических или осадочных пород [11]. Учитывая вторичные изменения нижнедевонских песчаников, стоит обратить внимание на
распределение редкоземельных элементов, нормированных на хондрит. По распределению спектров РЗЭ видно, что легкие РЗЭ преобладают над тяжелыми и наблюдается отрицательная Eu аномалия (рис. 3). Такие показатели свойственны породам кислого состава. У песчаников ирендыкской свиты низкие отношения легких РЗЭ к тяжелым, что характерно для пород основного состава [13].
Для реконструкции палеогеодинамических условий накопления песчаников применялись дискриминационные и спайдер диаграммы. Фигуративные точки всех песчаников на дискриминационных диаграммах La/Sc - Ti/Zr [10] и La/Sc - La/Y [3] расположились в поле «океанических островных дуг» (рис. 4). Заметный наклон от легких РЗЭ к тяжелым на графике РЗЭ/хондрит (рис. 3.) также характеризует происхождение исходных пород из океанических островных дуг.
Распределение микроэлементов песчаников рыскужинской толщи и ирендыкской свиты на графике порода/N-MORB (см. рис. 3) сходно с вулканитами островных дуг вулкана Менделеева Кури-
ло-Камчатской островной дуги [12]. По среднему содержанию Сг (30), № (18), Sr (570), гг (56), Ьа (14), Се (24), УЪ (1.8), Со (24) ррт состав песчаников рыскужинской толщи близок к известково-
щелочным и щелочным андезито-базальтам и андезитам, тогда как состав ирендыкских песчаников (Сг (176), Sr (136), Ьа (2.7), Се (6.2), УЪ (1.3), Со (31.6) ррт) ближе к толеитовым базальтам [11].
Рис. 3. Распределение РЗЭ, нормированных на хондрит (слева), и распределение редких элементов, нормированных на
К-МОКВ (справа). Условные обозначения см. на рис. 2.
Рис. 4. Дискриминационные диаграммы с фигуративными точками песчаников для определения палеогео динамических условий их накопления (условные обозначения см. на рис. 2). Обозначение полей: А - океанические островные дуги; В - континентальные островные дуги; С - активная континентальная окраина; Б - пассивная континентальная окраина.
Рис. 5. Содержание некоторых редких элементов в песчаниках рыскужинской толщи и ирендыкской свиты.
Выводы
На основе сравнения петрографического и геохимического состава трех групп песчаников можно сделать следующие выводы.
Петрографический состав песчаников рыску-жинской толщи обоих разрезов отличается от песчаников ирендыкской свиты среднего девона. Если в первых преобладают плагиоклазы и в меньшей степени обломки пород, то в ирендыкских песчаниках - зерна пироксен-плагиоклазов и значительное количество обломков пород основного состава. Также нижнедевонским песчаникам характерна кальцитизация и эпидотизация.
Исходными породами для песчаников рыску-жинской толщи послужили вулканиты основного и среднего состава известково-щелочной и щелочной серии и в меньшей степени породы кислого состава, а для песчаников ирендыкской свиты - вулканиты основного состава толеитовой серии. Источником материала для всех рассматриваемых песчаников являлась островная дуга.
В песчаниках рыскужинской толщи преобладает содержание легких РЗЭ над тяжелыми и относительно повышено содержание Sr, 2г, КЪ, Щ ТЬ, и, И
Таким образом, песчаники рыскужинской толщи у д. Тирман сходны с фаунистически охарактеризованными песчаниками рыскужинской толщи типовой местности. Тефротурбидиты ирендыкской свиты отличаются по геохимическому и петрографическому составу от песчаников рыс-кужинской толщи нижнего девона.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Республики Башкортостан молодым ученым и молодежным научным коллективам за 2014 г. №24.
ЛИТЕРАТУРА
1. Мизенс Г. А. Редкие элементы и особенности источников обломочного материала осадочных формаций девона и карбона в восточных зонах юга Урала // Геохимия. 2009. №12. С. 1259-1278.
2. Мизенс Г. А., Ронкин Ю. Л., Лепихина О. П., Попова О. Ю. Редкие и редкоземельные элементы в девонских обломочных комплексах Магнитогорской мегазоны Южного Урала // Геохимия. 2006. №3. С. 1-21.
3. Фазлиахметов А. М., Зайнуллин Р. И. Вариации индикаторных геохимических параметров в вулканитовых песчаниках на примере нижне- и среднедевонских отложений Западно-Магнитогорской зоны Южного Урала // Вестник ИрГТУ. 2014. Т. 84. №1. С. 56-62.
4. Маслов В. А., Артюшкова О. В. Стратиграфия и корреляция девонских отложений Магнитогорской мегазоны Южного Урала. Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2010. 288 с.
5. Иванов К. С., Бикбаев А. З., Мизенс Л. И., Сапельни-ков В. П. Первые находки брахиопод в вулканогенно-осадочных породах ирендыкской свиты на Южном Урале // Ежегодник-1996. М., 1997. С. 13-14.
6. Сапельников В. П., Мизенс Л. И., Иванов К. С., Бикба-ев А. З. Брахиоподы из туфопесчаников ирендыкской свиты (нижний эмс, Южный Урал) // Материалы по стратиграфии и палеонтологии Урала. Екатеринбург: УрО РАН, 1999. Вып. 2. С. 149-159.
7. Кривоносов В. М. Геологическое строение верховьев рек Сакмары и Большого Кизила // Отчет Верхне-Сакмарской поисково-съемочной партии за 1957-1958 гг. Уфа: ВГФ, 1959.
8. Садрисламов Б. М., Тамбовцев В. В. Стратиграфия силурийских и девонских отложений зеленокаменного комплекса восточного склона Южного Урала за 1960-64 гг. Уфа, 1964. 353 с.
9. Павлов В. В. Геологическое строение и полезные ископаемые Юлдашевской площади. Отчет за 1983-1988 гг. Уфа: ВГФ, 1988.
10. Либрович Л. С. Геологическое строение Кизило-Уртазымского района на Южном Урале. М.: ОНТИ НКТП СССР, 1936. 208 с.
11. Скляров Е. В. Интерпретация геохимических данных. М.: Интермет Инжиниринг, 2001. 288 с.
12. Langmuir C. H., Vocke R. D. Jr., Hanson G. H., Hart S. R. A general mixing equation with applications to Icelandic basalts // Earth Planet Sci. Lett., 1978. Vol. 37. Pp. 380-392.
13. Taylor S. T., McLennan S. M. The geochemical evolution of the continental crust // Reviews of Geophysics. 1995. V. 33. №2. P. 241-265.
Поступила в редакцию 16.06.2014 г.
ISSN 1998-4812
BeciHHK EamKHpcKoro yHHBepcHTeTa. 2014. T. 19. №4
1241
GEOCHEMICAL FEATURES OF VOLCANICLASTIC SANDSTONES OF RYSKUZHINSK STRATUM OF LOWER DEVONIAN AND IRENDYK SUITE OF MIDDLE DEVONIAN OF NORTH WEST MAGNITOGORSK ZONE
(SOUTHERN URALS)
© R. I. Zaynullin
Bashkir State University 32 Zaki Validi St., 450076 Ufa, Republic of Bashkortostan, Russia.
Institute of Geology Ufa Scientific Centre of Russian Academy of Sciences 16/2 Karl Marx St, 450077 Ufa, Republic of Bashkortostan, Russia.
Phone: +7 (917) 735 52 71.
Email: zri-bgu@mail.ru
The article based on the results of studies of the Devonian deposits of the Southern Urals. 13 volcaniclastic turbidities (26 samples) were tested in total. Samples were taken from their top and midsection. The elemental composition was determined by ICP-MS. On the basis of petrographic composition and content of rare, rare-earth and elements found features of the studied sediments. The composition and formation conditions of the initial source rocks sandstones are revealed. Source of material for sandstones served island arc. Sedimentary clastic material was generated as a result of destruction volcanic rocks basic and intermediate composition. Transport of clastic material in deep-sea are as was realized by turbidity flow. It was established that in sandstones of ryskuzhinsk stratum prevails content of light rare earth elements, and Sr, Zr, Nb, Hf, Th, U, Ti. Ryskuzhinsk stratum of Lower Devonian and Irendyk suite of Middle Devonian have different geochemical and petrographic characteristics.
Keywords: sandstones, geochemical composition, Lower Devonian, Middle Devonian, West Magnitogorsk zone, island arc.
Published in Russian. Do not hesitate to contact us at bulletin_bsu@mail.ru if you need translation of the article.
REFERENCES
1. Mizens G. A. Geokhimiya. 2009. No. 12. Pp. 1259-1278.
2. Mizens G. A., Ronkin Yu. L., Lepikhina O. P., Popova O. Yu. Geokhimiya. 2006. No. 3. Pp. 1-21.
3. Fazliakhmetov A. M., Zainullin R. I. Vestnik IrGTU. 2014. Vol. 84. No. 1. Pp. 56-62.
4. Maslov V. A., Artyushkova O. V. Stratigrafiya i korrelyatsiya devonskikh otlozhenii Magnitogorskoi megazony Yuzhnogo Urala [Stratigraphy and Correlation of the Devonian Deposits of the Magnitogorsk Mega-Zone the Southern Urals]. Ufa: DizainPoligrafServis, 2010.
5. Ivanov K. S., Bikbaev A. Z., Mizens L. I., Sapel'nikov V. P. Ezhegodnik-1996. M., 1997. Pp. 13-14.
6. Sapel'nikov V. P., Mizens L. I., Ivanov K. S., Bikbaev A. Z. Materialy po stratigrafii i paleontologii Urala. Ekaterinburg: UrO RAN, 1999. No. 2. Pp. 149-159.
7. Krivonosov V. M. Otchet Verkhne-Sakmarskoi poiskovo-s''emochnoi partii za 1957-1958 gg. Ufa: VGF, 1959.
8. Sadrislamov B. M., Tambovtsev V. V. Stratigrafiya siluriiskikh i devonskikh otlozhenii zelenokamennogo kompleksa vostochnogo sklona Yuzhnogo Urala za 1960-64 gg. [The Stratigraphy of the Silurian and Devonian Deposits in Greenstone Complex of the Eastern Slope of the Southern Urals in 1960-1964]. Ufa, 1964.
9. Pavlov V. V. Geologicheskoe stroenie i poleznye iskopaemye Yuldashevskoi ploshchadi. Otchet za 1983-1988 gg. [Geological Structure and Mineral Resources Uldash Area. Report for 1983-1988]. Ufa: VGF, 1988.
10. Librovich L. S. Geologicheskoe stroenie Kizilo-Urtazymskogo raiona na Yuzhnom Urale [The Geological Structure of Kizil-Urtazhym District of the Southern Urals]. Moscow: ONTI NKTP SSSPp. 1936.
11. Sklyarov E. V. Interpretatsiya geokhimicheskikh dannykh [Interpretation of Geochemical Data]. Moscow: Intermet Inzhiniring, 2001.
12. Langmuir C. H., Vocke R. D. Jr., Hanson G. H., Hart S. R. Earth Planet Sci. Lett., 1978. Vol. 37. Pp. 380-392.
13. Taylor S. T., McLennan S. M. Reviews of Geophysics. 1995. Vol. 33. No. 2. Pp. 241-265.
Received 16.06.2014.
