CC BY
183
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2012 Геология Вып. 3 (16)
ЛИТОЛОГИЯ
УДК 552.5(470.1)
Литохимические особенности песчаников Предуральского прогиба
А.В. Маслов, Г.А. Мизенс, М.Т. Крупенин
Институт геологии и геохимии УрО РАН, 620075, Екатеринбург, Почтовый пер., д. 7. Е-таП [email protected]
(Статья поступила в редакцию 29 мая 2012 г.)
Приведены сведения о некоторых литохимических особенностях песчаников Среднеуральского и Южноуральского сегментов Предуральского прогиба. Указанные песчаники по химическому составу соответствуют типичным грауваккам или ваккам и Бе-песчаникам. На диаграмме SiO2-K2O/Na2O преобладающая часть фигуративных точек сосредоточена в области составов, типичных для океанических островных дуг, что очевидно противоречит реальной геологической ситуации и связано с присутствием в составе псаммитов существенной доли обломков карбонатных пород и карбонатного цемента. Сравнение характера вариаций содержаний основных породообразующих оксидов в песчаниках различных ярусов перми средне- и южноуральского сегментов прогиба показало существование разнонаправленных тенденций и асин-хронность ряда наиболее ярких пиков, что, по всей видимости, отражает специфику развития его разных седиментационных ванн.
Ключевые слова: Предуральский предгорный прогиб, песчаники, литохимия.
Урал представляет собой коллизионно-аккреционный ороген, в структурах которого сохранились многие элементы, позволяющие реконструировать историю его формирования и развития. Одна из них
- позднепалеозойский предгорный прогиб (рис. 1). В течение среднего-позднего карбона и почти всей ранней перми в нем в условиях некомпенсированного опускания формировались флишевые отложения [3, 4]. В конце ранней перми прогибание на территории Южного и Среднего Урала замедлилось, и флиш сменился отложениями шли-ровой формации, которые замещались на западе эвапоритами. В поздней перми и раннем триасе на смену шлиру пришли мо-лассовые образования, широко развитые в южной части прогиба (в Бельской и Актю-
бинской впадинах мощность красноцветной молассы превышает 5000-6000 м). В Среднеуральском сегменте прогиба молассовые образования отсутствуют, что связано, скорее всего, с последующим их размывом. На Северном Урале (Соликамская впадина) в разрезах уфимского и, частично, казанского ярусов красноцветные континентальные образования появляются вновь. На Приполярном и Полярном Урале флиш уже во второй половине артинского века сменяется шлиром, континентальные же образования появляются здесь в поздней перми. Суммарная мощность верхнепермских и триасовых отложений на этой территории составляет 2000-4000 м и более. По стилю развития рассматриваемый прогиб близок к СевероАльпийскому форланду.
© Маслов А.В., Мизенс Г.А., Крупенин М.Т., 2012
33
нин
Рис. 1. Тектоническая зональность Уральского складчатого пояса, по [6] с некоторыми изменениями: 1 - Предуральский предгорный прогиб; 2-6 - зоны: 2 - Западно-Уральская, 3 -Центрально-Уральская, 4 - Тагило-Магнито-горская, 5 - Восточно-Уральская, 6 - Зауральская; 7 - Платиноносный пояс; 8 - Главная гранитная ось; 9 - линии сейсмических профилей (иКЗЕ1У и ESRU); ГУР - Главный Уральский разлом
Верхнепалеозойские песчаники Преду-ральского прогиба представлены главным образом граувакками [1, 4], роль мономик-товых и олигомиктовых псаммитов весьма невелика. Главными компонентами в составе граувакк являются обломки изверженных, осадочных и метаморфических пород, количество которых варьирует от 30 до 9095%. Среди обломков изверженных пород присутствуют основные и средние вулканиты (базальтовые и андезитовые порфириты, диабазы, спилиты и т.п.), серпентиниты, породы кислого ряда (фельзит-порфиры, гранит-порфиры, микрограниты, граниты, аль-битофиры и т.п.). Кремнистые породы представлены главным образом фтанитами и кремнистыми сланцами, реже глинистокремнистыми сланцами. Среди обломков осадочных пород распознаются также фрагменты кварцитов, кварцитовидных и кварцевых песчаников, известняков, аргиллитов.
Содержание тяжелой фракции в рассматриваемых песчаниках обычно составляет 0,1-0,4%. В ее составе установлены пирит, магнетит, хромшпинелиды, гематит, рутил, брукит, анатаз, ильменит, дистен, ставролит, циркон, сфен, лейкоксен, эпидот, кли-ноцоизит, гранаты (альмандин, андрадит, гроссуляр), турмалин (шерл), пироксены, амфиболы, хлорит, апатит, монацит, барит, хлоритоид, везувиан, корунд. Из них дистен, ставролит, брукит, андрадит, гроссу-ляр, монацит и гематит представлены единичными зернами. Прямой корреляции состава комплексов акцессорных минералов с типами и разновидностями граувакк не наблюдается. По представлениям Г.А. Мизен-са [4], на всей территории Предуральского предгорного прогиба граувакковые песчаники являются породами первого цикла осадконакопления.
Известняковые песчаники распространены довольно широко в разрезах Предураль-ского прогиба [4]. Согласно схеме В.Н. Шванова [7] среди них можно выделить две разновидности - собственно песчаники,
сложенные обломками более древних известняков, и песчаники переходного типа. Последние сложены фрагментами карбонатных осадков, образованных внутри данного бассейна, в том числе раковинным детритом. Однако чаще всего в псаммитах в разных соотношениях присутствуют обломки обоих типов. Кварцевые песчаники встречены только в окрестностях пос. Ново-Белокатай (гора Модертау). Количество зерен кварца в них достигает 94-96%. На долю фрагментов полевых шпатов и вулканитов приходится менее 5% общего количества зерен.
Аутигенные минералы в песчаниках представлены кальцитом, доломитом, пиритом, хлоритом, диоктаэдрической гидрослюдой, кварцем, анальцимом, баритом, целестином, ангидритом, гипсом, анатазом, флюоритом и др. Доминирует среди них кальцит, количество которого варьирует от 10-15 до 40-50% от веса породы. В песчаниках кунгурского яруса местами довольно широко развиты гипсовый и ангидритовый цементы. Глинистый цемент по сравнению с кальцитовым менее распространен. Его можно наблюдать в виде пленок, сложенных хлоритом и гидрослюдой; иногда он заполняет поры между обломочными зернами. Важное место среди аутигенных минералов занимает анальцим [2]. В песчаниках среднего и верхнего карбона и нижней перми его количество составляет до 3-4% от веса легкой фракции. В верхнепермских песчаниках, по данным Е.З. Бурьяновой, Г.Г. Кочина и Н.П. Трифонова, содержание этого минерала в отдельных случаях достигает 15-25% от легкой фракции [4].
Литохимические особенности песчаников, выполняющих Североуральский сегмент Предуральского прогиба, до недавнего времени можно было анализировать только на основе материалов, приведенных в работах [9, 10] для кечьпельской свиты (флиш) нижней перми Лемвинской зоны, а также нижне- и верхнепермских отложений (моласса). Среднее содержание SiO2 в пес-
чаниках кечьпельской свиты составляет ~56% (табл. 1). Минимальная величина АЬОз^Ю2 равна 0,14, а максимальная -0,22. Среднее содержание Бе20зобщ ~2,2%. Максимальное содержание СаО достигает 12%, MgO - 5.1%. Содержание №20 варьирует от 1,6 до 4,2%; минимальная концентрация К2О составляет 1,05%, максимальная - 1,8%. Величина К20/№20 меняется от 0,36 до 0,68. Собственно молассовые песчаники северной части предгорного прогиба имеют более высокие средние содержания оксидов кремния и алюминия, чем песчаники кечьпельской свиты. Величина отношения А1203^Ю2 в них варьирует от 0,13 до 0,27. Среднее содержание Бе20зобщ в мо-лассовых песчаниках почти в 1,4 раза меньше, чем во флишевых псаммитах кечьпель-ской свиты. Минимальные содержания оксидов кальция и магния составляют соответственно 0,4 и 0,8%, максимальные ~7,0 и 3,6%. Среднее значение отношения К20/№20 здесь почти в полтора раза выше, чем в кечьпельских псаммитах.
На ^^Ю2/АЬ0з)-^(Ка20/К20) диаграмме [5] точки составов псаммитов Североуральского сегмента Предуральского прогиба сосредоточены почти исключительно в поле граувакк (рис. 2, а). На диаграмме ^^Ю2/АЬ0з)-^(Ее20зобщ/К20)
[12] фигуративные точки песчаников локализованы преимущественно в поле вакк и Бе-песчаников (см. рис. 2, б). Специфика указанных образований проявляется и на диаграмме Si02-K20/Na20 [17], где точки составов пород расположены в основном в поле океанических островных дуг (см. рис. 2, в).
В последние годы нами получены представительные данные по химическому составу песчаников московского яруса карбона и всех ярусов нижней перми Среднеуральского, а также нижней и верхней перми и триаса Южноуральского сегментов прогиба (см. табл. 1, табл. 2, 3).
нин
1оя(8Ю2/А1203)
8Ю,
Рис. 2. Положение фигуративных точек составов и полей песчаников Предуральского прогиба и Северо-Альпийского форланда на диаграммах Ф.Дж. Петтиджона с соавторами (а), М. Хиррона (б) и Б. Розера и Р. Корша (в): 1 - песчаники Среднеуральского сегмента; 2 -песчаники Южноуральского сегмента; 3-6 -поля составов песчаников: 3 - Североуральского сегмента Предуральского прогиба; 4 -Швейцарского молассового бассейна; 5 - фли-ша Карнийских Альп; 6 - молассы Карнийских Альп
В песчаниках обоих сегментов большую роль среди компонентов каркаса играют обломки известняков, существенную долю занимает кальцит и в цементе псаммитов, поэтому содержания СаО и Mg0 весьма значительные и изменчивые.
В выборке песчаников Среднеуральского сегмента минимальное среднее содержание Si02 составляет 37,7% (псаммиты сакмар-ского яруса) (см. табл. 2)1. Максимальная средняя величина Si02 равна 53,6% (песчаники артинского яруса) (рис. 3). В интервале от московского яруса до сакмарского наблюдается снижение средних содержаний Si02, далее идет заметный рост и вновь снижение. Изменение средних содержаний ТЮ2 практически тождественно отмеченной для Si02 тенденции. Аналогично ведет себя и А120з. Его максимальное среднее содержание (10,5%) характерно для песчаников кунгурского яруса, а минимальное среднее содержание (~6,1%) - для псаммитов сакмарского яруса.
Распределение средних содержаний Бе20зобщ в целом повторяет ту закономерность, что отмечена выше и для ТЮ2, и для А120з, за исключением верхов артинского яруса, а максимальное среднее содержание Mg0 (4.7%) характерно для песчаников московского яруса. Вверх по разрезу, вплоть до низов артинского яруса2, этот параметр заметно снижается (ассельский ярус - 3,2%, сакмарский - 2,1%, низы артинского -2,0%), и только затем наблюдается его некоторый рост. Скорее всего, такие колеба-
1 Содержания основных петрогенных оксидов в песчаниках средне- и южноуральского сегментов Предуральского предгорного прогиба определены в лаборатории ФХМИ ИГГ УрО РАН рентгеноспектральным флуоресцентным методом на СРМ-18.
2 В таблицах и на рисунках нами приведены данные для песчаников артинского и кунгурского ярусов в целом, без отнесения их к нижним или верхним частям указанных стратиграфических подразделений.
Таблица 1. Содержания основных породообразующих оксидов в песчаниках Предуральского и Северо-Альпийского предгорных бассейнов, мас. %
Компоненты Предуральский предгорный прогиб Швейцарский Карнийские Альпы
Североуральский сегмент Среднеуральский сегмент Южноуральский сегмент молассовый бассейн
Флиш Моласса Флиш Моласса
55.81±4.97 65.02±2.81 45.90±8.50 47.78±8.88 62.13±7.65 69.85±5.34 76.46±11.08
Ьі02 50.28-64.64 59.61-69.35 22.07-65.94 28.60-64.63 (45.74-73.39) (64.67-76.27) (60.92-89.25)
0.71±0.16 0.67±0.07 0.36±0.11 0.32±0.14 0.250.09 0.73±0.15 0.99±0.33
1102 0.57-0.97 0.50-0.74 0.11-0.68 0.09-0.69 (0.06-0.47) (0.56-0.93) (0.37-1.30)
Л 1 Г\ 10.14±1.57 13.67±2.17 8.75±1.97 7.15±2.52 7.54±2.37 12.87±2.20 11.74±5.17
АІ20з 8.65-13.02 8.82-17.05 3.96-13.99 2.09-14.10 (3.57-11.48) (10.74-15.28) (6.42-20.85)
6.99±1.03 4.98±0.93 3.74±1.26 3.36± 1.20 1.96±0.74 5.08± 1.34 3.26±2.25
ГЄ2и3общ. 5.92-8.54 3.51-6.66 1.39-8.09 1.26-6.32 (0.62-3.97) (3.92-6.83) (0.81-6.65)
Л/Гілґ1 0.17±0.07 0.10±0.09 0.07±0.02 0.10±0.04 0.10±0.03 0.08±0.07 0.05±0.07
мли 0.10-0.31 0.01-0.32 0.04-0.13 0.04-0.27 (0.06-0.19) (0.02-0.17) (0.01-0.19)
7.99±2.62 2.41±2.43 17.98±6.10 18.32±9.02 21.08±8.21 1.46± 1.89 0.76±1.23
5.24-12.01 0.37-6.85 3.87-34.17 3.58-36.18 (6.54-38.48) (0.19-4.24) (0.02-2.18)
Mg0 2.93±1.02 1.75±0.61 3.02±0.96 4.61±2.73 3.05±2.65 1.74±0.61 0.77±0.57
2.05-5.12 0.75-3.64 1.61-6.22 1.20-13.14 (0.42-9.36) (1.28-2.58) (0.12-1.48)
2.80±1.09 2.86±0.93 2.46±0.69 2.05±1.46 1.28±0.70 2.49±0.42 0.31±0.12
N3.20 1.55-4.20 1.29-4.57 0.90-4.30 0.30-5.00 (0.09-2.78) (2.16-3.11) (0.14-0.46)
ЛІ г\ 1.35±0.28 2.19±0.94 1.07±0.41 0.75±0.45 1.70±0.67 1.89±0.54 2.13±0.95
К20 1.05-1.75 0.45-3.82 0.33-1.97 0.16-1.63 (0.35-2.98) (1.35-2.54) (1.19-3.77)
Т) г\ 0.19±0.05 0.18±0.07 0.15±0.02 0.14±0.03 0.06±0.02 0.13±0.02 0.07±0.08
Р205 0.14-0.27 0.12-0.36 0.09-0.20 0.08-0.22 (0.03-0.10) (0.10-0.15) (0.01-0.23)
11.54±2.70 6.17±2.17 16.62±5.48 15.64±5.58 16.07±5.84 3.21± 1.58 3.46±2.12
ппп 8.21-15.63 3.61-10.72 4.90-34.50 5.60-30.80 5.78- 8.51 2.04-5.48 1.27-6.14
л 23 84 68 30 10
Примечание. Здесь и в табл. 2 и 3 - в числителе даны среднее значение и величина стандартного отклонения, в знаменателе - минимальное и максимальное значения. п - число проб в выборке.
Таблица 2. Содержания основных породообразующих оксидов в песчаниках различных ярусов карбона и перми среднеуральского сегмента Предуральского прогиба, мас. %________________________
Компоненты Московский Ассельский Сакмарский Артинский Кунгурский
ярус ярус ярус ярус ярус
SiO2 48.59±6.16 40.12±4.88 37.71±7.57 53.55±8.31 49.35±3.35
34.89-56.13 32.43-47.75 22.07-50.74 41.27-65.94 44.91-54.29
ТЮь 0.36±0.07 0.37±0.08 0.21±0.07 0.42±0.14 0.41±0.06
0.24-0.46 0.25-0.54 0.11-0.35 0.21-0.68 0.30-0.50
А120з 7.77±1.29 8.57±1.16 6.07±1.26 9.98±1.77 10.52±0.92
5.08-9.65 6.79-11.00 3.96-8.94 7.74-13.99 9.27-12.40
Ре2°3общ 3.77±0.84 4.42±0.80 2.18±0.61 4.32±1.77 3.40±0.38
2.66-5.03 3.28-6.01 1.39-3.76 1.85-8.09 2.73-3.99
МпО 0.07±0.01 0.09±0.02 0.05±0.01 0.07±0.01 0.07±0.01
0.06-0.11 0.07-0.13 0.04-0.07 0.06-0.09 0.05-0.07
СаО 16.00±4.68 20.77±4.04 25.55±4.70 13.27±5.90 15.19±2.47
10.05-26.59 14.03-26.01 16.13-34.17 3.87-22.51 10.93-18.88
MgO 4.66±0.74 3.17±0.32 2.09±0.24 2.44±0.69 2.82±0.35
3.37-6.22 2.68-3.78 1.61-2.58 1.65-3.70 2.40-3.63
№20 1.75±0.40 2.91±0.48 1.84±0.85 2.81±0.46 2.58±0.22
1.20-2.40 1.90-3.80 0.90-4.30 2.00-3.70 2.20-3.00
К2О 1.03±0.26 0.93±0.13 0.62±0.18 0.99±0.25 1.73±0.14
0.51-1.33 0.71-1.18 0.33-1.01 0.65-1.55 1.49-1.97
Р2О5 0.13±0.01 0.15±0.01 0.12±0.02 0.15±0.02 0.18±0.01
0.12-0.15 0.13-0.18 0.09-0.15 0.12-0.18 0.15-0.20
ппп 16.06±3.85 18.54±3.52 23.77±5.12 12.13±4.95 13.90±2.05
10.50-24.00 12.60-23.50 14.60-34.50 4.90-21.00 10.40-17.00
п 14 22 13 18 17
Таблица 3. Содержания основных породообразующих оксидов в песчаниках различных ярусов перми и триаса южноуральского сегмента Предуральского прогиба, мас. %______________________________
Компоненты Ассельский Сакмарский Артинский Кунгурский Верхняя пермь-
ярус ярус ярус ярус триас
SiO2 55.80±3.17 49.41±4.62 50.79±4.39 51.45±2.33 45.41±10.01
50.30-58.42 40.24-52.60 42.98-55.29 48.08-54.30 28.60-64.63
TiO2 0.47±0.05 0.40±0.03 0.34±0.08 0.42±0.08 0.28±0.15
0.40-0.54 0.37-0.44 0.17-0.39 0.31-0.53 0.09-0.69
А1203 8.37±0.55 9.33±0.59 8.15±1.57 8.74±0.74 6.28±2.74
7.40-8.83 8.20-9.84 5.01-9.20 7.46-9.67 2.09-14.10
Ре2О3общ. 4.57±0.46 4.26±0.67 3.42±0.52 4.53±0.94 2.87±1.12
4.21-5.44 3.41-4.89 2.42-3.91 3.25-6.02 1.26-6.32
МпО 0.20±0.05 0.07±0.02 0.07±0.01 0.09±0.02 0.09±0.03
0.14-0.27 0.06-0.11 0.06-0.09 0.07-0.12 0.04-0.19
СаО 4.72±1.39 7.10±1.42 3.96±1.08 7.13±1.93 3.94±2.88
3.57-7.13 4.84-8.29 1.79-4.70 4.40-10.02 1.20-13.14
MgO 11.20±0.58 12.59±3.80 16.20±6.05 12.35±3.86 21.39±9.67
10.56-12.25 9.54-20.02 11.46-27.89 7.33-18.02 3.58-36.18
Na2O 1.78±0.12 4.32±0.56 3.38±1.68 2.90±0.69 1.45±1.21
1.60-1.90 3.70-5.00 0.40-5.00 2.30-4.40 0.30-4.90
К2О 1.20±0.10 1.31±0.18 0.95±0.35 1.09±0.09 0.52±0.38
1.04-1.31 1.02-1.51 0.25-1.22 0.96-1.22 0.16-1.63
Р2О5 0.15±0.01 0.15±0.01 0.15±0.03 0.15±0.01 0.14±0.03
0.14-0.17 0.15-0.16 0.14-0.21 0.14-0.16 0.08-0.22
ппп 11.80±1.00 11.25±2.76 12.73±3.12 11.30±2.06 17.90±5.70
10.90-13.20 9.30-16.70 10.20-18.80 8.50-13.70 5.60-30.80
п 6 6 6 7 43
ния М§О определяются присутствием доломита в составе цемента.
Средние содержания СаО в песчаниках московско-сакмарского интервала растут от 16,0 до 25,6%, в песчаниках нижней части артинского яруса величина СаОсредн составляет 18,8%, тогда как в песчаниках верхней его части только 8,3%. Псаммиты кунгур-ского яруса имеют заметно более высокое среднее содержание этого оксида (15,2%), нежели верхнеартинские песчаники.
Среднее содержание №2О в псаммитах московского яруса равно 1,8%, в песчаниках ассельского яруса оно возрастает до 2,9%, однако в породах сакмарского снижается до 1,8%. Выше по разрезу среднее содержание №2О в псаммитах остается примерно постоянным (2,6-2,8%). Интересно отметить, что песчаники сакмарского яруса характеризуются наибольшим во всей исследованной нами выборке разбросом минимальных и максимальных содержаний упомянутого оксида - от 0,9 до 4,3% (т.е. более 4 раз), тогда как для псаммитов других ярусов этот параметр не превышает 2 или вообще снижается до 1,1—1,2 (песчаники верхов артинского и кунгурского ярусов). Максимальное среднее содержание оксида калия (1,7%) характерно для песчаников кунгурского яруса. В нижней части разреза (в псаммитах московского яруса) этот параметр тоже довольно высокий -1,03%, но снижается до 0,6% в сакмарских породах. Наибольший разброс минимальных и максимальных содержаний К2О характерен для песчаников московского яруса, наименьший присущ псаммитам верхов кунгура.
На классификационной диаграмме Ф. Петтиджона с соавторами фигуративные точки псаммитов карбона и нижней перми среднеуральского сегмента сосредоточены преимущественно в поле граувакк (см. рис.
2, а). На диаграмме М. Хиррона исследованные нами породы распределены примерно поровну в полях вакк и Бе-сланцев, а часть фигуративных точек попала в поле
Бе-песчаников (см. рис. 2, б). На диаграмме 8Ю2-(К2О/№2О) точки составов псаммитов среднеуральского сегмента сосредоточены в поле активных островодужных обстановок (см. рис. 2, в).
Амплитуда значений А12О3/БЮ2 в песчаниках верхней части артинского яруса среднеуральского сегмента практически полностью перекрывает амплитуды максимальных и минимальных значений данного параметра в псаммитах всех других ярусов, за исключением московского. Вместе с тем, основываясь на анализе средних, минимальных и максимальных значений А12О3/БЮ2 в песчаниках московского, ассельского и сак-марского ярусов, можно утверждать, что породы указанных интервалов разреза статистически различаются (рис. 4, а). Средние значения отношения К2О/А12О3 в песчаниках в ассельско-сакмарском интервале плавно снижаются, а для более высоких уровней разреза среднеуральского сегмента Предуральского прогиба характерны значительные вариации данного параметра. Именно для этой части осадочного выполнения прогиба присущи как минимальное (0,08, песчаники верхов артинского яруса), так и максимальное (0,16, песчаники верхов кунгурского яруса) значения К2О/А12О3 (см. рис. 4, а). Средние значения Ш2О/К2О варьируют от 1,6 (песчаники верхов кунгур-ского яруса) до 3,2 (верхи артинского яруса). Максимальные значения данного отношения (2.4-3.2) свойственны песчаникам ассельско-артинского интервала, тогда как псаммиты московского и кунгурского ярусов характеризуются средними значениями Ш2О/К2О < 2,0 (см. рис. 4, б).
Для песчаников артинско-кунгурского интервала характерны максимальные вариации содержаний большинства породообразующих оксидов, что может являться отражением более пестрого состава пород в источниках сноса во время накопления отложений шлировой и молассовой формаций по сравнению с флишевым этапом.
В песчаниках Южноуральского сегмен- ней перми-триасу от 55,8 до 45,4% (см. та среднее содержание БЮ2 снижается по табл. 3, рис. 5). направлению от ассельского яруса к верх-
X
Рис. 3. Вариации средних значений ряда основных породообразующих оксидов в песчаниках различных ярусов карбона и перми среднеуральского сегмента Предуральского прогиба.а - SiO2; б - ТЮ2; в - А1203; г - Fe2Oзовщ; д - Ы^О; е - СаО; ж - Ыа2О; з - К20
Такая же тенденция проявляется в целом и для ТЮ2средн. Максимальное среднее содержание оксида алюминия (9,3%) характерно для псаммитов сакмарского яруса, минимальное (6,3%) - для песчаников верхней перми и триаса. В изменении средних содержаний Бе20зобщ прослеживаются два цикла: 1) ассельско-артинский и 2) кунгур-ско-триасовый; в каждом из них наблюдается снижение средних значений Бе20зобщ от ~4,5 до ~3%. Наибольшие средние концентрации оксида магния (~7,1%) присущи песчаникам сакмарского и кунгурского ярусов. Псаммиты ассельского и артинского ярусов и верхней перми-триаса характеризуются средними содержаниями MgO -~4,0-4,7%. Какой-либо тенденции в изменении данного параметра снизу вверх не наблюдается. Среднее содержание оксида кальция, напротив, характеризуется отчетливым ростом от ассельского уровня к триасу. Если величина СаОсредн в псаммитах ассельского яруса составляет 11,2%, то в пес-
чаниках артинского яруса она возрастает до 16,2%. Для верхнепермско-триасовых пород этот параметр равен 21,4% (!!). Существенные вариации средних содержаний снизу вверх по разрезу присущи также оксидам натрия и калия. В песчаниках ассель-ского яруса содержание ^20средн составляет
1,8%, в псаммитах сакмарского яруса оно увеличивается до 4,3%, а далее постепенно снижается до 1,5%. Максимальное среднее содержание K2O характерно для псаммитов сакмарского уровня (1,3%), несколько ниже данный параметр в песчаниках ассельского яруса (1,2%), тогда как в верхне-пермско-триасовых псаммитах значение К20средн составляет всего 0,5%.
Величина отношения Al2O3/SiO2 снизу вверх по разрезу Южноуральского сегмента изменяется незначительно (0,14-0,19); какой-либо определенной тенденции для нее не наблюдается (см. рис. 4, в). Песчаники ассельского и сакмарского ярусов характеризуются одинаковыми значениями
K2O/AI2O3 (0,14), несколько ниже этот параметр в псаммитах кунгурского яруса (0,13). Минимальные же значения K2O/Al2O3 (0,08) свойственны песчаникам верхней перми и триаса. Для ассельских песчаников среднее значение Na2O/K2O составляет 1,5, тогда как в псаммитах более высоких уровней этот параметр варьирует от 2,7 до 3,4 (см. рис. 4, г).
На классификационной диаграмме log(SiO2/AbO3)-log(Na2O/K2O) фигуративные точки составов песчаников южноуральского сегмента сосредоточены в основном в поле составов, характерных для граувакк (см. рис. 2, а). На диаграмме
1ов(8Ю2/А12О3)-1о§(Ее2О3общ/К2О) они примерно поровну распределены в полях вакк и Бе-песчаников (см. рис. 2, б). На диаграмме 8Ю2-(К2О/№2О) песчаники южноуральского сегмента так же, как и псаммиты мо-сковско-кунгурского интервала среднеуральского сегмента, сосредоточены в области составов, характерных для океанических островных дуг (см. рис. 2, в), что обусловлено чрезвычайно высоким содержанием в их составе карбонатных обломков и кальцитового цемента и, несомненно, не соответствует реальной геологической ситуации.
Рис. 4. Вариации средних значений ряда индикаторных отношений основных породообразующих оксидов в песчаниках различных ярусов карбона, перми и триаса среднеуральского (а, б) и южноуральского (в, г) сегментов Предуральского прогиба:1 - А12О^О2; 2 - К2О/А12О3; 3 -
т2о/к2о
я
и
га
и
Рис. 5. Вариации средних значений ряда основных породообразующих оксидов в песчаниках различных ярусов перми и триаса южноуральского сегмента Предуральского предгорного прогиба: а -SiO2; б - ТЮ2; в - А12О3; г - Fe2O3общ; д - ЫgO; е - СаО; ж - Ыа2О; з - К2О
Как было отмечено выше, по стилю развития Предуральский прогиб во многом сходен с аналогичными бассейнами СевероАльпийского форланда. Одними из наиболее хорошо изученных примеров бассейнов подобного рода являются Швейцарский мо-лассовый бассейн и карбоновый бассейн Карнийских Альп. Швейцарский форландо-вый бассейн, располагающийся вдоль северной периферии Центральных Альп [13, 21], характеризуется различными комплексами обломочных пород. На первой стадии его формирования (палеоцен-эоцен) в условиях недокомпенсированного осадконакоп-ления был сформирован глубоководный се-верогельветский флиш [11, 19], тогда как на второй стадии (олигоцен-миоцен), уже в компенсированных и перекомпенсирован-ных обстановках, накапливались собственно молассовые образования. Последние представлены двумя регрессивными мегациклами, каждый из которых начинается морскими отложениями (нижняя и верхняя морская моласса), сменяющимися флю-
виальными образованиями (нижняя и верхняя пресноводная моласса) [14, 16, 18].
Среднее содержание БЮ2 в псаммитах Швейцарского бассейна составляет ~62%. Содержания А12О3 варьируют от 3,6 до
11,5%, Бе2О3общ - не превышают 4%. Специфической особенностью псаммитов является чрезвычайно высокое суммарное содержание кальцита и доломита, значительная часть которых имеет аутигенную природу [21]. Это хорошо видно и по среднему содержанию СаО (21,1 ± 8,2%). Пределы вариаций содержаний №2О и К2О примерно сопоставимы, при этом средняя величина №2О несколько меньше К2О (см. табл. 1). Среднее значение К2О/^О составляет 1,73, однако для рассматриваемых песчаников характерен достаточно большой разброс значений данного параметра (минимум - 0,50, максимум - 5,78). Среднеарифметическая величина А12О3/8Ю2 составляет 0,12 ± 0,03.
В целом, судя по химическому составу, песчаники Швейцарского форландового
бассейна относятся в основном к литарени-там, аркозам и субаркозам (см. рис. 2, а, б), что согласуется и с петрографическими данными. На диаграмме 8Ю2-К2О/№а2О фигуративные точки псаммитов локализованы преимущественно в полях активных континентальных окраин и океанических островных дуг (см. рис. 2, в).
В Карнийских Альпах (Австрия) в раннем карбоне существовал синорогенный флишевый трог, в котором накапливались отложения серии Хохвипфел, объединяющей турбидиты и олистостромы, отвечающие началу варисской орогении [15, 20]. В позднем карбоне здесь был сформирован молассовый форландовый бассейн, выполненный серией Ауерниг, включающей циклично чередующиеся мелководно-морские карбонаты, песчаники и континентальные конгломераты [15]. Песчаники, входящие в состав обеих указанных серий, принадлежат литаренитам, сублитаренитам, граувак-кам и аркозам (см. рис. 2, а, б).
Среднее содержание БЮ2 в песчаниках серии Хохвипфел составляет ~69,9%, тогда как для песчаников молассовой формации этот параметр примерно на 6% выше. Содержания А12О3 и Бе2О3общ в песчаниках флиша и молассы Карнийских Альп с учетом стандартных отклонений можно считать сопоставимыми. Средние содержания СаО и М§О в псаммитах обеих серий, в отличие от песчаников Швейцарского фор-ландового бассейна, весьма незначительны (соответственно СаО - 1,5 и ~0,8%, М§О -1,7 и 0,8%). В песчаниках серии Хохвипфел среднее значение ^2О существенно выше, чем в псаммитах серии Ауерниг; для К2О ситуация противоположная (см. табл. 1). Величина отношения К2О/№а2О в псаммитах серии Хохвипфел варьирует от ~0,6 до
1,1 при среднем значении 0,77 ± 0,23. В песчаниках серии Ауерниг этот параметр существенно выше - 7,25 ± 2,42. Среднеарифметическая величина А12О3/8Ю2 во флише-вых песчаниках составляет 0,19 ± 0,04. Примерно такая же величина данного отноше-
ния свойственна молассовым песчаникам (0,16 ± 0,10). Минимальное значение отношения К2О/А12О3 в песчаниках серии Хохвипфел составляет 0,12, максимальное -
0,17, для псаммитов серии Ауерниг разброс значений данного параметра несколько меньше, а сами значения выше (0,17 и 0,19).
Исходя из положения фигуративных точек на диаграмме Ф.Дж. Петтиджона с соавторами, флишевые песчаники Карний-ских Альп являются преимущественно граувакками, тогда как песчаники молассы
- в основном аркозы (см. рис. 2, а). На диаграмме М. Хиррона точки составов псаммитов серий Хохвипфел и Ауерниг сосредоточены главным образом в полях аркозов, вакк и литаренитов (см. рис. 2, б). На диаграмме БЮг-КгО/КагО фигуративные точки составов молассовых песчаников локализованы в поле обстановок пассивных окраин, а составы песчаников флиша тяготеют к области активных окраин (см. рис. 2, в).
Приведенные материалы позволяют сделать ряд выводов. Первый из них касается химического состава песчаников, слагающих разные сегменты Предуральского прогиба. На диаграммах Ф.Дж. Петтиджона с соавторами и М. Хиррона песчаники севе-ро-, средне- и южноуральского сегментов прогиба расположены весьма компактно и в целом могут быть позиционированы как типичные граувакки или вакки и Бе-песчани-ки. В то же время среди осадочного выполнения предгорных бассейнов Северо-Аль-пийского форланда встречаются и другие по составу псаммиты. Так, в частности, типичная моласса Швейцарского предгорного бассейна представлена преимущественно лититами, аркозами и субаркозами. Весьма яркой особенностью состава песчаников Предуральского предгорного прогиба является их высокая карбонатность, обусловленная присутствием в каркасе как собственно обломков известняков и других типов карбонатных пород, так и существенной долей карбонатного цемента. Игнорировать или как-то минимизировать влияние
этой особенности синорогенных псаммитов Западного Урала на выводы, получаемые при использовании различных генетических диаграмм, невозможно. Это позволяет сформулировать второй вывод. Он касается локализации фигуративных точек составов псаммитов различных сегментов Преду-ральского прогиба на дискриминантных па-леотектонических диаграммах и, в частности, на диаграмме SiO2-K2O/Na2O. Львиная доля псаммитов сосредоточена на указанной диаграмме в области составов, типичных для океанических островных дуг, существенно меньше точек расположено в поле активных континентальных окраин. Такая же ситуация присуща и псаммитам Швейцарского молассового бассейна, содержание оксидов кальция и магния в составе которых также весьма заметно. Отсутствие же существенной доли карбонатов в каркасе синорогенных песчаников ведет к локализации точек на диаграмме SiO2-K2O/Na2O в полях пассивных и активных континентальных окраин (псаммиты серий Хохвипфел и Ауерниг).
Третий вывод касается особенностей изменения валового состава песчаников Средне- и Южноуральского сегментов Преду-ральского прогиба в интервале ассель-кун-гур. Сравнение характера вариаций основных породообразующих оксидов показывает существование разнонаправленных тенденций и асинхронность ряда наиболее ярких пиков. Так, для песчаников Среднеуральского сегмента в указанном временном интервале характерен некоторый рост среднего содержания оксида кремния, тогда как для песчаников Южноуральского сегмента наблюдается некоторое снижение (в целом) данного параметра. Оксид титана демонстрирует ярко выраженный минимум в песчаниках сакмарского яруса Среднего Урала, тогда как в Южноуральском сегменте минимальное среднее содержание TiO2
характерно для псаммитов артинского яруса. Это же свойственно оксиду алюминия, среднее содержание которого на Среднем Урале растет к кунгурскому времени, а на Южном - выраженный тренд отсутствует. Среднее содержание оксида натрия в песчаниках Среднеуральского сегмента с течением времени несколько снижается при феноменальном росте на сакмарском уровне, тогда как на Южном Урале в целом фиксируется его рост при минимальных содержаниях в песчаниках сакмарского яруса. Эту характеристику можно продолжить, но мы надеемся, что читатель и сам хорошо видит указанные особенности состава песчаников разных сегментов Предуральского предгорного прогиба, что, на наш взгляд, подчеркивает существенную специфику развития разных его седиментационных ванн.
Суммируя все сказанное, можно сделать вывод о том, что состав синколлизионных псаммитов варьирует в достаточно широких пределах, соответственно на дискриминационных палеотектонических диаграммах разброс фигуративных точек песчаников также весьма высок, а в ряде случаев при их использовании мы получаем выводы, в корне противоречащие реальной геологической ситуации, что требует специального обсуждения в будущем.
Авторы искренне признательны за содействие в выполнении экспедиционных исследований и аналитических работ Л.В. Кокшиной, Н.П. Горбуновой, Л.А. Татари-новой, В.П. Власову и Г.С. Неупокоевой.
Исследования выполнены при финансовой поддержке интеграционного проекта УрО, СО и ДВО РАН «Субдукционные и орогенные осадочные бассейны Северной Евразии: индикаторные литологические и изотопно-геохимические характеристики отложений, минерагения» (№ 12-С-5-
1014).
Библиографический список
1. Мизенс Г.А. Петрография и минералогия нижнепермских песчаников западного склона Среднего Урала. УНЦ АН СССР. Свердловск, 1980. 60 с.
2. Мизенс Г.А. Анальцим в нижнепермских терригенных отложениях западного склона Среднего Урала // Литология и условия образования докембрийских и палеозойских отложений Урала. УНЦ АН СССР. Свердловск, 1981. С. 71-78.
3. Мизенс Г.А. Об этапах формирования Преду-ральского прогиба // Геотектоника. 1997а. № 5. С. 33-46.
4. Мизенс Г.А. Верхнепалеозойский флиш Западного Урала. ИГГ УрО РАН. Екатеринбург, 1997. 230 с.
5. Петтиджон Ф., Поттер П., Сивер Р. Пески и песчаники. М.: Мир, 1976. 536 с.
6. Пучков В.Н. Геология Урала и Приуралья (актуальные вопросы стратиграфии, тектоники, геодинамики и металлогении). Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2010. 280 с.
7. Шванов В.Н. Петрография песчаных пород. Л.: Недра, 1987. 270 с.
8. Шутов В.Д. Классификация песчаников // Литология и полезные ископаемые. 1967. № 5. С. 86-103.
9. Юдович Я.Э. Региональная геохимия осадочных толщ. Л.: Наука, 1981. 276 с.
10. Юдович Я.Э., Шишкин М.А., Лютиков Н.В. и др. Геохимия и рудогенез черных сланцев Лемвинской зоны Севера Урала. Сыктывкар: Пролог, 1998. 340 с.
11. Diem B. Die Untere Meeresmolasse zwischen der Saane (Westschweiz) und der Ammer (Oberbayern) // Eclog. Geol. Helv. 1986. Bd. 79. № 2. S. 493-559.
12. Herron M.M. Geochemical classification of terrigenous sands and shales from core or log data // J. Sed. Petrol. 1988. Vol. 58. P. 820829.
13. Homewood P., Allen P.A., Williams G.D. Dynamics of the Molasse basin of western Switzerland // Foreland Basins. IAS Special Publ. 1986. Vol. 8. P. 199-217.
14. Kempf O., Matter A., Burbank D.W., Mange M. Depositional and structural evolution of a foreland basin margin in a magnetostratigraphic framework: the eastern Swiss Molasse Basin // Int. J. Earth Sci. 1999. Vol. 88. P. 253-275.
15. Mader D., Neubauer F. Provenance of
Palaeozoic sandstones from the Carnic Alps (Austria): petrographic and geochemical
indicators // Int. J. Earth Sci. 2004. Vol. 93. P. 262-281.
16. Matter A., Homewood P.W., Caron C. et al. Flysch and molasse of central and western Switzerland // Geology of Switzerland, a gide book / Ed. Trumpy R. Schweizerische Geologica Kommissione. 1980. P. 261-293.
17. Roser B.D., Korsch R.J. Determination of tectonic setting of sandstone-mudstone suites using SiO2 content and K2O/Na2O ratio // J. Geol. 1986. Vol. 94. P. 635-650.
18. Sinclair H.D., Coakley B.J., Allen P.A., Watts A.B. Simulation of foreland basin stratigraphy using a diffusion model of Mountain belt uplift and erosion: An example from the central Alps, Switzerland // Tectonics. 1991. Vol. 10. № 3. P. 599-620.
19. Sissingh W. Tectonostratigraphy of the North Alpine Foreland Basin: correlation of Tertiary depositional cycles and orogenic phases // Tectonophysics. 1997. Vol. 282. P. 223-256.
20. Spalletta C., Venturini C. Conglomeratic sequences in the Hochwipfel Group: a new palaeogeographic hypothesis on the Hercynian flysch stage of the Carnic Alps // Jb. Geol. Bundesanst. 1988. V. 131. P. 637-647.
21. von Eynatten H. V. Petrography and chemistry of sandstones from the Swiss Molasse Basin: an archive of the Oligocene to Miocene evolution of the Central Alps // Sedimentology. 2003. Vol. 50. P. 703-724.
Lithogeochemical Sandstone Features оf the Pre-Uralian Depression
A.V. Maslov, G.A. Mizens, M.T. Krupenin
Institute of geology and geochemistry UrO RAN, 620075, Ecaterinburg, Pochtoviy per., 7. E-mail: [email protected]
The article presents information on some lithogeochemical characteristics of sandstones of the Permian system for the Middle and Southern Urals segments of the Pre-Uralian depression. These sandstones are chemically consistent with the typical greywackes or wackes and Fe-sandstones. The diagram SiO2-K2O/Na2O major part of figurative points are concentrated in the range of compositions typical of oceanic island arcs, which is obviously contrary to the real geological situation and due to including the presence of a substantial portion of psammitic carbonate rock fragments and carbonate cement. Comparison of the major rock-forming variation for oxides in sandstones of the Permian system different layers, revealed the existence of multidirectional tendencies and some of the most striking asynchrony of peaks that appear to reflect the specifics of its different sedimentary basins.
Keywords: Pre-Uralian foreland basin, sandstones, lithochemistry.
Рецензент - доктор геолого-минералогических наук О.Б. Наумова
