CC BY
14
УДК 551.83
doi: 10.55959/MSU0579-9406-4-2023-63-4-20-30
ЛИТОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ И ПАЛЕОКЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПОРОД ВЕРХОЛЕНСКОЙ СЕРИИ
Софья Ивановна Меренкова1^, Игорь Валентинович Коровников2, Руслан Рустемович Габдуллин3
1 Институт океанологии имени П.П. Ширшова РАН; Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия; koshelevasof@mail.ruH, https://orcid.org/0000-0003-3204-4393
2 Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН, Новосибирск, Россия; korovnikoviv@ipgg.sbras.ru
3 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия; Gabdullin@fgp.msu.ru, https://orcid.org/0000-0001-8296-7191
Аннотация. Верхоленская серия (62-3vl) изучена в разрезе правого берега р. Малая Чуя. Определены концентрации главных оксидов и некоторых микроэлементов (Cr, V, Ni, Cu, Zn, Rb, Sr, Zr, Ba, U, Th, Y, Nb, Cl) в пробах методом рентгеноспектрального флуоресцентного анализа (XRF). На основе результатов рентгеноспектрального флуоресцентного анализа выполнен расчет нормативного минерального состава с применением программы MINLITH. В разрезе по геохимическим данным отчетливо выделяются интервалы изменения характера выветривания (физическое/химическое) в области денудации, фиксируемые по вариациям величин отношений А12Оз/К2О, Ln(Al2O3/Na2O), содержаний V, Cu, Zn, Rb, Ni, нормативного минерального состава. Cr, по-видимому, в данном случае поступал в бассейн исключительно эоловым путем и маркирует периоды усиления ветрового переноса. В условиях тектонической активизации и прогрессирующей изоляции Верхоленского бассейна вблизи изотопного события SPICE, рассмотренные литолого-гео-химические особенности дают информацию о сопутствующих этим событиями климатических изменениях.
Ключевые слова: палеоклимат, кембрий, геохимические индикаторы, Сибирская платформа
Для цитирования: Меренкова С.И., Коровников И.В., Габдуллин Р.Р. Литолого-геохимические особенности и палеоклиматические условия формирования пород верхоленской серии // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2023. № 4. С. 20-30.
GEOCHEMICAL FEATURES AND PALEOCLIMATIC CONDITIONS FOR THE FORMATION OF THE VERKHNYAYA LENA FORMATION (THE SOUTHEAST OF THE SIBERIAN PLATFORM)
Sofia I. Merenkova1H, Igor V. Korovnikov2, Ruslan R. Gabdullin3
1 Shirshov Institute of Oceanology of the Russian Academy of Sciences; Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia; koshelevasof@mail.ruH
2 Trofimuk Institute of Petroleum-Gas Geology and Geophysics of the Siberian Branch of the RAS, Novosibirsk, Russia; korovnikoviv@ipgg.sbras.ru
3 Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia; Gabdullin@fgp.msu.ru
Abstract. Verkhnyaya Lena formation (62-3vl) was studied in the section on the right bank of the Malaya Chuya River. The concentrations of main oxides and some trace elements (Cr, V, Ni, Cu, Zn, Rb, Sr, Zr, Ba, U, Th, Y, Nb, Cl) were determined in the samples using X-ray spectral fluorescence analysis (XRF). Based on the results of XRF, the standard mineral composition was calculated using the MINLITH. Geochemical data clearly distinguishes intervals of changing weathering characteristics (physical/chemical, arid/humid) in the denudation area, which are fixed by variations in the values of the А12О3/К2О ratios, Ln (Al2O3/Na2O), contents of V, Cu, Zn, Rb, and Ni, as well as normative mineral composition. Cr, apparently, was transported exclusively by the aeolian process and marks periods of increased wind transport intensity. Under the conditions of tectonic activation and progressive isolation of the paleobasin, the lithological and geochemical features considered provide some information about the climatic changes that accompanied these events.
Keywords: paleoclimate, Cambrian, geochemical proxies, Siberian Platform
For citation: Merenkova S.I., Korovnikov I.V., Gabdullin R.R. Geochemical features and paleoclimatic conditions for the formation of the Verkhnyaya Lena formation (the southeast of the Siberian Platform). Moscow University Geol. Bull. 2023; 4: 20-30. (In Russ.).
Введение. Изучение фундаментальной проблемы глобальных климатических изменений — как современных, так и в геологическом прошлом — представляется актуальной задачей современной науки. В рамках комплексных исследований динамики палеосреды сведение данных и проверка гипотез о взаимодействии между тектоническими перестройками, климатическими, океанологическими изменениями и развитием жизни требует наличия достаточного количества информации о каждом из этих факторов. Наиболее широко используемым показателем палеоклимата является палеотермометрия на основе изотопного состава кислорода карбонатов. Для раннего палеозоя этот метод имеет существенные ограничения, включающие как неполноту знаний о составе древней морской воды, так и сильное влияние на изотопное отношение постседиментационных преобразований, например, [Hearing et al., 2018, Goldberg et al., 2021]. Помимо этого важно учесть, что температура вод палеобассейнов не всегда является функцией климата (т. е. отражением интенсивности суммарной солнечной радиации) и изучение «ландшафтов» моря неизбежно перерастает в изучение природных свойств водной массы [Солнцев, 2001].
Палеогеосистемы в переходной зоне суши и морского бассейна (субаэральные и аквальные палеогеосистемы) являются более чувствительными к изменениям, т.к. сокращено время отклика седиментационных систем на палеоклиматические особенности среды и их вариации. Это делает перспективным изучение отложений, формировавшихся в лагунно-себховых условиях. Для решения задачи косвенной оценки климатических вариаций в среднем-позднем кембрии через процессы выветривания были проведены геохимические исследования пород верхоленской серии.
Краткая геологическая характеристика и материалы исследования. Породы, сформировавшиеся в Верхоленском бассейне (62_3), занимают значительную площадь на юго-западе Сибирской платформы. Стратиграфическое положение верхоленской серии остается дискуссионным: часть исследователей [Карасев и др., 1966] относит ее к верхнекембрийским отложениям, другие — к среднему кембрию [Королюк, Писарчик, 1965], М.А. Жарков [1966] связывал верхоленскую серию с майским ярусом, в более поздних работах [напр., Стратиграфия..., 2016] серия сопоставляется с майским и амгинским ярусами (захватывая верхнюю часть тойонского). В «Региональной стратиграфической схеме кембрийских отложений Сибирской платформы» [2021] вер-холенская серия имеет интервал распространения майский, аюсокканский, сакский и аксайский ярусы (средний — частично верхний кембрий).
Верхоленская серия изучена в разрезе на правом берегу реки Малая Чуя, в 7 км вверх по течению от ее слияния с рекой Большая Чуя (рис. 1). В обнажении вскрывается верхняя часть верхоленской серии,
илгинская свита и нижняя часть устькутской свиты. В стратиграфической последовательности были опробованы 84,5 м разреза верхоленской серии. В изученном обнажении серия сложена доломитовыми мергелями, глинистыми алевролитами, красными, коричневато-красными с маломощными прослоями зеленовато-серых алевролитов. На поверхностях напластования зеленовато-серых алевролитов наблюдаются знаки ряби. Верхняя часть видимого интервала верхоленской серии представлена плитчатыми аргиллитами красного и коричневато-красного цвета с прослоями зеленовато-серых алевролитов. Видимая мощность 115 м.
Ранее в разрезе на р. Малая Чуя исследователями [Буякайте и др., 2019] установлен экскурс §13С (рис. 1) в верхней части верхоленской серии, который, возможно, соответствует изотопному событию SPICE (Steptoean Positive Carbon Isotope Excursion), а также, в кровле согласно перекрывающей ее ил-гинской свиты, отрицательный экскурс, вероятно соответствующий событию TOCE (Top of Cambrian carbone-isotope Excursion).
Методы. В общей сложности в данном исследовании задействовано 35 образцов пород верхоленской серии. Определение концентрации главных оксидов и некоторых микроэлементов (Cr, V, Ni, Cu, Zn, Rb, Sr, Zr, Ba, U, Th, Y, Nb, Pb, As, Cl, Mo) в пробах выполнено методом рентгеноспектрального флуоресцентного анализа (XRF) на вакуумном спектрометре последовательного действия (с дисперсией по длине волны), модель Axios mAX производства компании PANalytical (Нидерланды). Анализ выполнен в ЦКП ИГЕМ РАН (исполнитель — н.с. А.И. Якушев).
На основе результатов рентгеноспектрального флуоресцентного анализа выполнен расчет нормативного минерального состава с применением программы MINLITH [Розен и др., 2000]. Ошибка вычислений по программе MINLITH для большинства случаев находится в пределах 5-15% отн., и только при содержаниях минерала менее 5% масс., она достигает 60-70% отн. [Розен, Аббясов, 2003]. По этой причине в текущем исследовании приводятся данные по наиболее значимым в процентном отношении содержаниям минералов, что даже с поправкой на вышеуказанную ошибку позволяет судить об определенных изменениях в составе пород.
Ввиду высокой карбонатности изучаемых пород, такой часто используемый показатель оценки степени химического выветривания и климатических изменений как CIA, может приводить к ошибочным выводам [von Eynatten et al., 2003; Montero-Serrano et al., 2015]. При преобладании химического выветривания возрастает вымывание щелочей (Na+, K+) и Ca+2, концентрация Al и Si в продуктах выветривания, и наоборот — в среде, в которой преобладает физическое выветривание, химическое изменение полевых шпатов с образованием глинистых минералов незначительно [Nesbitt, Young, 1982]. Статисти-
Рис. 1. Положение исследуемого разреза верхолен-ской серии (переходные отложения от верхнего кембрия к ордовику на правом берегу р. Малая Чуя). А — местоположение разреза в региональном плане. Б — стратиграфическое положение. В — строение разреза. Вариации изотопного состава углерода в карбонатах верхоленской и илгинской свит в разрезе р. Малая Чуя по [Буякайте и др., 2019]. 1 — доломитовый мергель, 2 — известковый песчаник, 3 — строматолитовые биогермы, 4 — алевролит, 5 — аргиллит
ческое сравнение Ln(Al2O3/Na2O) и CIA показало, что Ln(Al2O3/Na2O) может более точно отражать тенденцию выветривания, т.к. позволяет избежать неопределенностей, связанных с поправкой на CaO из фосфатной и карбонатной фаз [von Eynatten et al., 2003]. Поэтому в данном исследовании используются отношения А12О3/К2О (масс.%) и Ln(Al2O3/Na2O) (молярные). Рост величин свидетельствует об относительном потеплении и гумидизации, падение — о снижении температур и аридизации (преобладание химического или физического выветривания в области денудации соответственно).
Результаты. Содержание главных петрогенных оксидов и микроэлементов приведены в табл. 1 и 2. Для пород верхоленской серии характерен разброс концентраций Al2O3 (от 3,3 до 11,6%, в среднем 6,7%) и CaO (от 10,0 до 30,9%, в среднем 23,6%), средние содержания Na2O, MgO, SiO2, K2O, TiO2, MnO, Fe2O3 общ., P2O5 составляют 0,64, 3,43, 39,23, 1,83, 0,38, 0,11,
2,62 и 0,11 масс. % соответственно. Проба СЬ032 содержит 1,9% минерала барит (Ва804).
За основу при определении обогащения/обеднения элементами взяты кларки по Н.А. Григорьеву [2009]. Изменения по разрезу нормализованных на стандарт для карбонатных пород содержаний отдельных элементов приведены на рис. 2. Для всех проанализированных пород характерно обогащение Сг (до 11 раз), V, N1, Си, Zn, Rb. Отдельные образцы обогащены Ва (до 26 раз) из-за присутствия барита, Ва коррелирует только с 8общ. (коэффициент 0,98, аналогичная корреляционная связь 8общ только с барием). Содержания 8г значительно ниже кларковых, обнаруживается только слабая обратная корреляционная связь с характерными для терригенной части оксидами (А1203, К20, ТЮ2, Fe2O3) и элементами. Концентрации и, ТЬ, Мо составляют менее 5 ррт, РЬ и Аз — менее 10 ррт, что ниже предела обнаружения методом.
Таблица 1
Содержание главных оксидов (масс %)
Образец Точка отбора (от подошвы), м 8Ю2 Л12Оз Ыа2О МдО К2О СаО Т1О2 МпО Ре2°3общ. Р2О5 ®общ. ППП
СЬ005 0,95 33,87 4,50 0,78 3,55 1,26 29,22 0,31 0,145 1,36 0,13 0,02 24,73
СЬ006 1,25 34,72 4,99 0,73 3,81 1,35 27,85 0,34 0,137 1,65 0,13 0,02 24,15
СЬ010 2,80 39,67 6,95 0,68 3,71 1,85 22,12 0,42 0,115 2,91 0,12 <0.01 21,25
СЬ012 4,45 39,71 6,99 0,79 4,01 1,80 22,10 0,39 0,108 2,53 0,11 0,02 21,19
СЬ013 5,65 37,13 5,94 0,79 3,34 1,54 25,50 0,39 0,119 2,03 0,13 0,01 22,89
СЬ015 6,50 35,74 5,69 0,79 3,67 1,46 26,14 0,37 0,122 1,89 0,12 0,01 23,83
СЬ020 9,10 49,05 11,62 0,58 5,05 3,14 10,00 0,55 0,084 5,97 0,11 <0.01 13,64
СЬ024 11,95 44,57 9,02 0,64 4,44 2,42 16,71 0,44 0,104 3,95 0,11 <0.01 17,41
СЬ025 12,95 41,91 7,19 0,88 4,22 1,86 20,46 0,39 0,105 2,47 0,11 <0.01 20,25
СЬ026 13,45 41,24 6,71 0,90 4,11 1,76 21,41 0,37 0,107 2,43 0,11 0,02 20,50
СЬ032 16,55 40,32 7,50 0,64 5,67 1,98 17,75 0,41 0,139 3,09 0,11 0,36 20,35
СЬ036 19,05 36,42 6,55 0,57 4,04 1,74 24,26 0,36 0,128 2,50 0,10 0,03 23,14
СЬ040 21,00 42,29 6,60 0,90 4,16 1,82 21,01 0,41 0,113 2,22 0,13 <0.01 20,16
СЬ041 21,40 37,97 5,86 0,70 3,15 1,55 25,58 0,40 0,116 1,98 0,12 0,01 22,38
СЬ042 21,80 35,72 5,83 0,55 2,78 1,53 27,42 0,43 0,109 2,10 0,13 0,01 23,16
СЬ043 23,60 44,83 9,45 0,61 5,26 2,33 14,48 0,51 0,092 4,49 0,12 0,01 17,64
СЬ050 28,05 40,26 6,05 0,40 2,29 1,78 25,20 0,30 0,085 2,54 0,08 0,01 20,78
СЬ054 31,55 38,48 5,38 0,60 2,20 1,59 27,25 0,31 0,094 2,03 0,10 0,01 21,77
СЬ060 35,65 42,47 7,82 0,74 4,62 2,10 18,93 0,43 0,103 2,98 0,11 <0.01 19,47
СЬ061 36,15 35,09 4,05 0,29 2,01 1,25 30,90 0,21 0,104 2,06 0,07 0,02 23,80
СЬ070 42,45 42,74 8,15 0,58 4,48 2,19 18,66 0,44 0,104 3,57 0,11 <0.01 18,81
СЬ075 46,75 42,86 7,28 0,77 4,35 1,97 19,24 0,42 0,103 2,93 0,11 0,02 19,71
СЬ076 47,55 48,22 3,93 0,28 1,67 1,21 24,07 0,19 0,082 1,84 0,06 0,03 18,17
СЬ079 50,45 40,85 3,34 0,37 1,20 1,08 29,97 0,18 0,097 1,26 0,06 0,01 21,42
СЬ083 53,05 34,81 5,12 0,73 2,89 1,45 29,01 0,34 0,121 1,68 0,12 0,02 23,54
СЬ084 53,55 40,95 7,28 0,75 3,00 2,12 22,64 0,39 0,098 2,92 0,11 <0.01 19,56
СЬ086 55,05 38,08 6,18 0,75 2,03 1,87 26,49 0,38 0,105 2,52 0,12 0,01 21,33
СЬ089 58,05 39,60 5,76 0,82 2,10 1,77 26,10 0,41 0,101 2,10 0,15 <0.01 20,91
СЬ091 58,95 44,23 9,29 0,68 4,75 2,60 16,20 0,47 0,102 3,95 0,11 0,01 17,41
СЬ096 64,15 43,88 9,02 0,69 4,43 2,54 17,36 0,47 0,097 3,59 0,12 <0.01 17,61
СЬ111 73,05 42,64 6,35 0,80 3,03 1,87 22,99 0,36 0,105 2,15 0,11 <0.01 19,44
СЬ120 78,40 31,67 7,72 0,33 2,44 2,06 27,61 0,37 0,099 3,19 0,09 0,03 24,25
СЬ122 80,40 30,07 7,36 0,28 2,47 1,97 28,99 0,37 0,113 2,96 0,09 0,03 25,18
СЬ125 81,80 33,79 4,75 0,63 2,76 1,55 30,58 0,29 0,142 1,42 0,10 0,02 23,81
СЬ128 84,30 27,35 6,84 0,28 2,19 1,82 31,14 0,35 0,132 2,48 0,09 0,05 27,19
Таблица 2
Содержание элементов (ppm) в породах верхоленской серии
Таблица 3
Образец Cr V Ni Cu Zn Rb Sr Ba Cl Y Nb Zr
Ch005 116 46 32 24 35 25 192 158 276 22 7 71
Ch006 119 48 33 19 40 28 177 184 215 22 8 86
Ch010 143 65 57 27 55 43 193 249 389 26 9 85
Ch012 154 66 50 23 52 40 225 783 238 21 9 94
Ch013 129 57 44 24 53 33 216 193 489 23 7 73
Ch015 138 49 42 26 46 32 208 208 265 24 7 82
Ch020 176 109 76 30 76 71 136 300 268 26 9 136
Ch024 197 81 61 27 59 53 149 282 229 20 9 122
Ch025 112 63 52 26 52 41 173 233 255 21 8 79
Ch026 131 57 44 24 48 38 188 587 1168 20 8 75
Ch032 142 83 53 32 49 42 204 9358 192 21 8 99
Ch036 146 63 43 26 48 37 168 351 396 19 7 87
Ch040 154 51 47 23 48 36 175 220 319 24 7 100
Ch041 160 61 45 25 48 35 188 221 362 22 8 98
Ch042 228 66 44 23 49 35 191 217 427 24 9 229
Ch043 130 87 63 31 72 58 132 282 338 26 9 113
Ch050 184 59 39 27 44 38 241 232 496 19 7 66
Ch054 175 46 36 26 38 33 235 201 413 19 7 88
Ch060 146 73 51 27 56 47 166 236 523 23 8 103
Ch061 183 36 29 23 35 28 242 157 349 18 4 54
Ch070 172 74 54 32 57 48 163 232 287 22 8 117
Ch075 136 66 50 24 54 42 163 555 500 21 9 94
Ch076 220 47 29 20 32 29 172 901 331 14 5 65
Ch079 164 34 28 22 31 26 225 210 286 15 5 41
Ch083 132 51 38 22 43 30 219 174 512 20 7 70
Ch084 122 61 56 28 54 45 183 252 279 20 7 67
Ch086 110 53 47 27 55 37 180 213 253 19 9 69
Ch089 136 49 41 21 46 31 187 196 360 23 9 89
Ch091 152 83 61 26 61 56 171 319 235 21 9 115
Ch096 136 69 59 30 59 52 196 252 286 25 9 120
Ch111 132 50 42 24 47 37 187 230 204 21 7 75
Ch120 104 58 59 29 55 47 148 212 306 17 8 70
Ch122 98 63 54 27 54 47 142 183 155 18 9 67
Ch125 119 52 34 22 36 28 192 197 367 19 6 74
Ch128 83 57 50 31 52 43 139 174 137 16 7 62
Нормативно-минеральный состав пород верхоленской серии
Образец Ab Pl Or Q 1ll Cc Dl Ank
Ch128 2,4 2,6 0,3 16,3 18,9 48,4 8,2 4,5
Ch125 5,2 5,7 4,6 22,2 7,8 44,7 11,5 2,8
Ch122 2,3 2,6 0,3 18,1 20,2 43,1 9,3 5,6
Ch120 2,8 3,1 0,4 19,0 21,0 40,5 9,1 6,2
Ch111 6,6 7,3 4,3 28,4 11,8 30,7 12,4 4,4
Ch096 5,7 6,3 3,0 26,7 21,1 16,8 17,9 7,3
Ch091 5,6 6,2 2,9 26,9 22,1 13,7 19,3 8,1
Ch089 6,8 7,5 4,9 25,9 9,5 38,2 8,5 4,5
Ch086 6,2 6,9 4,5 24,3 11,5 38,8 8,0 5,4
Ch084 6,2 6,9 3,9 25,7 15,0 29,6 12,0 6,1
Ch083 6,0 6,7 3,4 23,0 9,0 41,8 12,0 3,4
Ch079 3,0 3,3 2,8 32,4 6,1 47,5 4,7 2,6
Ch076 2,3 2,5 2,1 39,6 8,8 36,1 6,6 3,8
Ch075 6,5 7,1 2,8 28,3 15,8 20,8 18,3 6,1
Ch070 4,8 5,3 1,7 27,8 19,9 18,9 18,3 7,3
Ch061 2,4 2,6 2,2 26,5 9,0 46,7 8,1 4,4
Ch060 6,2 6,8 2,5 27,3 17,7 19,6 19,2 6,1
Ch054 5,0 5,5 3,3 26,7 10,6 40,2 8,8 4,2
Ch050 3,3 3,7 2,4 28,6 14,3 36,4 8,9 5,1
Ch043 5,1 5,6 0,0 28,8 24,6 9,2 21,4 9,2
Ch042 4,6 5,0 1,5 24,4 13,3 39,5 11,3 4,1
Ch041 5,8 6,5 2,3 25,8 12,1 35,5 13,1 3,9
Ch040 7,5 8,3 3,8 27,8 12,4 24,7 17,6 4,6
Ch036 4,8 5,3 1,7 24,1 15,4 31,0 16,9 4,9
Ch032 5,5 6,1 1,8 26,9 18,1 15,8 24,5 5,3
Ch026 7,5 8,3 3,0 27,0 13,1 25,4 17,4 5,0
Ch025 7,4 8,1 2,6 27,2 14,9 23,6 17,7 5,0
Ch024 5,3 5,9 1,8 28,1 22,1 15,3 17,9 8,1
Ch020 4,8 5,3 1,4 29,1 30,4 0,5 19,9 12,6
Ch015 6,6 7,3 2,4 23,6 11,1 35,3 15,6 3,8
Ch013 6,6 7,3 2,5 24,6 11,8 34,9 14,0 4,1
Ch012 6,6 7,3 2,2 25,8 15,1 27,0 16,7 5,1
Ch010 5,7 6,3 2,2 26,2 15,7 27,4 15,3 6,1
Ch006 6,0 6,7 2,9 23,4 9,0 37,7 16,2 3,3
Ch005 6,4 7,1 3,5 22,8 6,9 40,8 15,2 2,8
Обсуждение. Нормативный минеральный состав и формы нахождения элементов. Вариации минерального состава, пересчитанного по методу О.М. Розена представлены на рис. 3 и табл. 3. Вариации карбонатной и терригенной составляющих в изучаемом разрезе носят колебательный, близкий к ритмичному характер, что хорошо видно на рис. 2. Такие изменения вещественного состава нашли отражение в содержаниях V, N1, Си, Zn и Rb — их
Примечание. Q — кварц, минералы кремнезема, Pl — плагиоклаз, Or — ортоклаз, Ill — иллит, Cc — кальцит, Dl — доломит, Ank — анкерит, Fsp — полевые шпаты (плагиоклаз+ортоклаз), Pel — глинистые компоненты (монтмориллонит + иллит + хлорит + каолинит).
концентрации находятся в прямой зависимости от количества терригенной части и коррелируют с содержанием Al2O3 и глинистой части (рис. 4). Для дальнейшей интерпретации значения этих элементов были нормализованы на Al (рис. 5).
Рис. 2. Элементный состав, нормированный на стандарт, сопоставленный с содержанием карбонатов — кальцита и доломита по разрезу
Палеоклимат. Н.М. Страховым [1962] вер-холенская формация отнесена к типу лагунных. В лагунно-себховых условиях палеобассейн периодически распадался на отдельные более мелкие водоемы, где большую роль наряду с морской водой играл сток вод с суши, вносивший массы мелкого обломочного материала с горных обрамлений Иркутского амфитеатра [Жарков, 1965, Иванов, Воронова, 1972]. Позднее, на основании данных по изотопному составу серы в сульфатах [Писарчик, Голубчина, 1979], а также пониженным по сравнению с одновозрастными отложениями других районов отношению 87Sr/86Sr в сульфатах и карбонатах [Виноградов и др., 2011] был подтвержден вывод о полной и быстрой изоляции Верхоленского бассейна. Изотопный состав стронция, определенный в карбонатах разреза р. Малая Чуя [Буякайте и др., 2019], подтверждает изоляцию палеобассейна: минимальные отношения 87Sr/86Sr закономерно увеличиваются в рассматриваемом разрезе снизу-вверх, оставаясь ниже «океанских» в верхоленской и илгинской свитах. Смена фациально-палеогео-графических обстановок, режима водно-солевого питания и интенсификация поступления рассолов и газов, по мнению исследователей [Беленицкая и др., 1990; Сизых, 2001, Виноградов и др., 2011], обусловлены активизацией тектонических событий, в наибольшей мере каледонских, в южном обрамлении Сибирской платформы. На фоне этих эпизодов возможно проследить климатические изменения.
На рис. 5 представлено изменение по разрезу величин отношений А12О3/К2О (масс.%) и Ln(Al2O3/ Na2O) (молярные), по пикам которых выделены периоды аридизации/гумидизации климата. Относительно высокие значения Ln(Al2O3/Na2O) от-
Рис. 3. Изменение нормативного минерального состава пород верхоленской серии в обнажении правого берега р. Малая Чуя. Условные обозначения см. табл. 3
Рис. 4. Взаимоотношение ненормализованных содержаний микроэлементов и доли глинистой части в породах вер-холенской серии
ражают рост атмосферных осадков и интенсивное химическое выветривание в теплом и/или влажном климате. Более низкие значения этого параметра указывают на снижение химического выветривания, что отражает прохладный и/или засушливый климат, с преобладанием физического выветривания [Montero-Serrano et al., 2015]. Содержания А12Оз/ К2О выше в нижней части разреза, но на кривой Ln(Al2O3/Na2O) эта тенденция не наблюдается. В отечественной литературе широко известен натриевый модуль (НМ=№2О/А^О3), характеризующий особенности процессов химического выветривания и созревания поступающей в бассейн кластики: чем меньше величина НМ, тем меньше плагиоклазов поступило в область осадконакопления из питающей провинции [Маслов, 2006]. Можно сделать вывод, что происходило изменение источника сноса и/ или «питающих» пород — в начале формирования толщи происходило поступление преимущественно плагиоклазов, далее увеличилась доля КПШ при относительно стабильном (в эти периоды) вкладе глинистых минералов. Нормативный расчет минерального состава также демонстрирует более высокие содержания плагиоклаза в нижней части разреза.
Выделенным периодам усиления физического выветривания соответствуют пики концентраций V, Cu, Zn, нормализованных на Al (чтобы уменьшить влияние от изменения содержания терригенной составляющей по разрезу, как упоминалось выше). Пики V, Cu, Zn имеют разную интенсивность по разрезу в пределах выделенных интервалов, что демонстрирует различную степень обогащения этими элементами и форму нахождения при схожих климатических условиях формирования. Cu и Zn довольно подвижны в пресноводных гумид-
ных ландшафтах, имея тенденцию к концентрации в аридных бассейнах с повышенной минерализацией вод [Юдович, Кетрис, 2011]. Эти элементы косвенно могут указывать на соленость вод палеобассейна, так как главные формы переноса Си — хлоридные комплексы. Это же свойственно и для Zn. Непропорциональный рост содержаний V (относительно пиков Си и Zn), по-видимому, связан с разным вкладом тяжелых минералов-носителей (титаномаг-нетит, ильменит). Косвенно на это может указывать сильная корреляция V с ТЮ2 (0,83) и Fe2O3 (0,9). Rb изоморфно замещает калий в калишпатах и слюдах (причем КПШ беднее Rb, чем слюды) [Юдович, Кетрис, 2011]. Возможно, в связи с этим пики на кривой Rb не всегда совпадают с таковыми на кривых V, Си, Zn и выделенными периодами изменения выветривания — Rb обогащает разные фазы. Пики на кривой нормализованных содержаний N1 противопоставлены таковым для V, Си, Zn, что указывает на обогащение осадков палеобассейна преимущественно в условиях относительной гумидизации. Таким образом, в изученном фрагменте разреза верхоленской серии можно выделить наиболее достоверно (исходя из частоты отбора проб) два крупных интервала (рис. 5; 6, А): 1 — интервал преимущественного усиления химического выветривания, связанный с потеплением или гумидизацией климата; 2 — физического выветривания, которое усиливается за счет похолодания или аридизации.
Различные интерпретации кембрийского положения континентов и отсутствие немодельных оценок палеотемператур воздуха/поверхности в области денудации не позволяют в полной мере оценить достоверность тех или иных палеокли-матических реконструкций. На рис. 6, Б приведен
Рис. 5. Интервалы относительного изменения климата в пределах источника сноса Верхоленского палеобассейна по геохимическим данным. Выветривание: Ф — физическое, Х — химическое
общий график разброса региональных данных по палеотермометрии вод в среднем-позднем кембрии по литературным данным.
При общем обогащении Cr (от 83 до 228 ppm, в среднем 145 ppm), превышающем кларк в стандарте PAAS (средний постархейский австралийский глинистый сланец, 110 ppm) [Taylor, McLennan, 1985], закономерности, влияющие на его распределение по разрезу, менее ясны. Для Cr не установлены сильные (и даже средние) корреляционные связи ни с петро-генными оксидами, ни с анализируемыми элементами, ни с нормативно пересчитанными минералами. Cr является индикатором основного и ультраоснов-
ного петрофонда, даже в сильно выветрелых средах. В магматических породах присутствует преимущественно в виде Cr3+. Помимо основного минерала (хромита) находится в шпинели, может обогащать пироксен, амфибол, слюды [Ure, Berrow, 1982], магнетит и ильменит [Wedepohl, 1978]. В процессе выветривания поведение Cr3+ схоже с поведением Fe3+ и Al3+, что приводит к накоплению во вторичных оксидах и глинах. Так, в водной среде катионы Cr3+ демонстрируют рН-зависимую адсорбцию на поверхности частиц глинистых минералов [Charlet, Manceau, 1992; Corker et al., 1991] и оксигидроксидов Al и Fe [Richard, Bourg, 1991; Fendorf, 1995]. Отсут-
Рис. 6. Сводные палеогеографические данные для верхоленской серии. А — выделенные интервалы климатических изменений в разрезе р. Малая Чуя. Б — вариации региональных данных по палеотермометрии вод в среднем-позднем кембрии по [Goldberg et al., 2021]. В — концептуальная схема поступления материала в исследуемую часть Верхоленского бассейна. Глобальная основа по [Scotese, 2014], региональная для Сибирской платформы по [Стратиграфия ..., 2016]
ствие корреляции с А1203 (коэффициент -0,08), №20 (0,22), ТЮ2 (-0,11), Fe2O3 (0,08), V (0,11), N (-0,15) исключает прямую связь с вышеперечисленными минералами в составе терригенного стока, который, как описано выше, предполагается в качестве основного источника поступления обломочного материала в Верхоленский палеобассейн. При этом наблюдается слабая прямая корреляция с 8Ю2 (0,51) и Zr (0,49). Zr же, в свою очередь, имеет средние (около 0,6) корреляционные связи с ТЮ2, V, ^ №>, что вполне закономерно объясняется нахождением в тяжелых титан- и цирконий содержащих минералах, которые тяготеют к источнику сноса.
По результатам Rb-Sr исследований силикатной составляющей мергелей и аргиллитов верхоленской серии в разрезе р. Малая Чуя и Иркутском амфитеатре, исследователями [Буякайте и др., 2019] был получен возраст продуктов выветривания гранитов, обнажавшихся на юге и западе от Сибирской платформы в среднем-верхнем кембрии, а также сделан вывод о преимущественно эоловом пути их поступления в Верхоленский бассейн. Можно предположить, что связь Сг с Zr обусловлена именно тем, что ^-содержащие минералы привносились
вместе с частью цирконов именно эоловым путем и по этой причине Cr не демонстрирует зависимости от изменения общего поступления обломочного материала. В таком случае, Cr может являться индикатором интенсивности эоловых процессов в средне-верхнекембрийское время на данной территории. На рис. 6, В представлена концептуальная схема поступления материала в исследуемую часть Верхоленского бассейна.
Выводы. В разрезе верхней части верхоленской серии вблизи изотопного события SPICE по геохимическим данным отчетливо выделяются интервалы изменения характера выветривания в области денудации, фиксируемые по вариациям величин отношений А12О3/К2О, Ln(Al2O3/Na2O), содержаний V, Cu, Zn, Rb, Ni, нормативного минерального состава. В изученном фрагменте разреза верхоленской серии также выделяются два крупных интервала: преимущественного усиления химического выветривания, что связано с потеплением или гумидиза-цией климата, и физического выветривания, которое усиливается за счет похолодания или аридизации.
Cr, по-видимому, во время формирования пород серии поступал в бассейн исключительно
эоловым путем и маркирует периоды усиления ветрового переноса. В условиях тектонической активизации и прогрессирующей изоляции Вер-холенского бассейна, рассмотренные литолого-геохимические особенности дают информацию о сопутствующих этим событиями климатических изменениях.
Благодарности. Авторы выражают благодарность В.Э. Павлову (ИФЗ РАН) за предоставление
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Беленицкая Г.А., Задорожная Н.М., Иогансон А.К. и др. Рифогенные и сульфатоносные формации фанерозоя СССР. М.: Недра, 1990.
2. Буякайте М.И., Колесникова А.А., Покровский Б.Г., Петров О.Л. Крупнейший изолированный бассейн палеозоя: С-, О-, S- и Rb-Sr — изотопная систематика терриген-но-сульфатно-карбонатных отложений верхоленской свиты, средний-верхний кембрий Сибирской платформы // XXII симпозиум по геохимии изотопов имени академика А.П. Виноградова (29-31 октября 2019 г.) Расширенные тезисы докладов, ГЕОХИ РАН. М.: Акварель, 2019. С. 70-78.
3. Виноградов В.И., Беленицкая Г.А., Покровский Б.Г., БуякайтеМ.И. Изотопно-геохимические особенности отложений верхоленской свиты среднего-верхнего кембрия Сибирской платформы // Литология и полез. ископаемые. 2011. № 1. С. 79-93.
4. Григорьев Н.А. Распределение химических элементов в верхней части континентальной коры. Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 2009.
5. Жарков М.А. Кембрийская соленосная формация Сибирской платформы // Советская геология. 1966. № 2.
6. Жарков М.А. Основные вопросы тектоники юга Сибирской платформы в связи с перспективами калиенос-ности // Тектоника юга Сибирской платформы и перспективы ее калиеносности: Сб. М.: Наука, 1965.
7. Иванов A.A., Воронова М.Л. Галогенные формации (минеральный состав, типы и условия образования; методы поясков и разведки месторождений минеральных солей). М.: Недра, 1972.
8. Карасев И.П., Муляк В.С., Титоренко Т. H., Фай-зулина З.Х. Палеонтологическая характеристика позд-некембрийских и кембрийских отложении Иркутского амфитеатра // Советская геология. 1966. № 5.
9. Королюк И.К., Писарчик Я.К. Южная часть Сибирской платформы. Стратиграфия СССР. Том 3. Кембрийская система. Т. III. М.: Недра, 1965.
10. Маслов А.В. Осадочные породы: методы изучения и интерпретации полученных данных. Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2005.
11. Писарчик Я.К., Голубчина М.Н. Существовал ли региональный перерыв в осадконакоплении в среднем кембрии на Сибирской платформе? // Литология и полез. ископаемые. 1979. № 6. С. 104-118.
12. Региональная стратиграфическая схема кембрийских отложений Сибирской платформы. Объяснительная записка: Решения Всероссийского стратиграфического совещания по разработке региональных стратиграфических схем верхнего докембрия и палеозоя Сибири (Новосибирск, 2012) (Кембрий Сибирской платформы) / Под ред. С.С. Сухова, Т.В. Пегель, Ю.Я. Шабанова. Новосибирск: СНИИГГиМС, 2021.
материала для исследований и конструктивную критику, а также А.И. Якушеву (ИГЕМ РАН) за выполнение рентгеноспектрального флуоресцентного анализа. Работа выполнена в рамках темы государственного задания FMWE-2021-0006, часть раздела о краткой геологической характеристике и материале исследования выполнена по проекту № FWZZ-2022-0003 государственной программы фундаментальных научных исследований.
13. Розен О.М., Аббясов А.А. Количественный минеральный состав осадочных пород: расчет по петрохи-мическим данным, анализ достоверности результатов (компьютерная программа MINLITH) // Литология и полезные ископаемые. 2003. № 3. С. 299-312.
14. Розен О.М., Аббясов А.А., Мигдисов А.А., Ярошев-ский А.А. Программа MINLITH для расчета минерального состава осадочных пород: достоверность результатов в применении к отложениям древних платформ // Геохимия. 2000. № 4. С. 431-444.
15. Сизых В.И. Шарьяжно-надвиговая тектоника окраин древних платформ. Новосибирск: Изд-во СО РАН, филиал «ГЕО», 2001.
16. Солнцев Н.А. Учение о ландшафте (избранные труды). М.: Изд-во Моск. ун-та, 2001, 384 с.
17. Стратиграфия нефтегазоносных бассейнов Сибири. Кембрий Сибирской платформы: В 2 т. Т. 1. Стратиграфия / Ред. А.Э. Конторович. Новосибирск: Изд-во ИНГГ СО РАН, 2016. 497 с.
18. Страхов Н.М. Основы теории литогенеза. Т. III. М.: Изд-во АИ СССР, 1962.
19. Юдович Я.Э., КетрисМ.П. Геохимические индикаторы литогенеза (литологическая геохимия). Сыктывкар: Геопринт, 2011. 742 с.
20. Charlet L., Manceau A.A. X-ray absorption spectroscopic study of the sorption of Cr(III) at the oxide-water interface: II. Adsorption, coprecipitation, and surface precipitation on hydrous ferric oxide // J. Colloid and Interface Sci. 1992. Vol. 148. P. 443-458.
21. Corker J., Evans J., Rummey J. EXAFS studies of pillared clay catalysts // Materials Chemistry and Physics. 1991. Vol. 29. P. 201-209.
22. Fendorf S.E. Surface reactions of chromium in soils and waters // Geoderma. 1995. Vol. 67. P. 55-71.
23. Goldberg S.L., Present T.M., Finnegan S., Bergmann K.D. A high-resolution record of early Paleozoic climate // Proc Natl Acad Sci USA. 2021. Vol. 118(6). e2013083118.
24. Hearing T. W., Harvey T. H. P., Williams M. et al. An early Cambrian greenhouse climate // Science advances. 2018. Vol. 4 (5) eaar5690.
25. Montero-Serrano J.C., Follmi K.B., Adatte T. et al. Continental weathering and redox conditions during the early Toarcian Oceanic Anoxic Event in the northwestern Tethys: Insight from the Posidonia Shale section in the Swiss Jura Mountains // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeo-ecology. 2015. Vol. 429. P. 83-99.
26. Nesbitt H.W., Young G.M. Early Proterozoic climates and plate motions inferred from major element chemistry of lutites // Nature. 1982. Vol. 299. P. 715-717.
27. Richard F.C., BourgA.C.M. Aqueous geochemistry of chromium: A review // Water Res. 1991. Vol. 25. P. 807-816.
28. Scotese C.R. Atlas of Cambrian and Early Ordovician Paleogeographic Maps (Mollweide Projection), Maps 81-88, Volumes 5, The Early Paleozoic, PALEOMAP Atlas for ArcGIS, PALEOMAP Project, Evanston, IL. 2014.
29. Taylor S.R., McLennan S.M. The continental crust: its composition and evolution. Blackwell, Oxford, 1985. 312 p.
30. Ure A.M., Berrow M.L. The chemical constituents of soils // Environmental chemistry. Bowen, H.J.M. (Ed.). Royal
Society of Chemistry, UK, London: Burlington House. 1982. P. 94-202.
31. von Eynatten H., Barceló-Vidal C., Pawlowsky-Glahn V. Modelling compositional change: the example of chemical weathering of granitoid rocks // Mathematical Geology. 2003. Vol. 35. P. 231-251.
32. Wedepohl K.K. Handbook of geochemistry. Vol. 2, Part 5. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1978. 1546 p.
Статья поступила в редакцию 16.05.2023, одобрена после рецензирования 05.06.2023, принята к публикации 16.08.2023
