CC BY
101
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2011 Геология Вып. 1 (10)
ЛИТОЛОГИЯ
УДК 551.143
Песчаники верхнего докембрия платформенного Башкортостана: основные черты формирования по литогеохимическим данным
A.B. Маслов
Институт геологии и геохимии УрО РАН,
620075, Екатеринбург, Почтовый пер., д. 7. E-mail: maslov@igg.uran.ru
(Статья поступила в редакцию 30 января 2011г.)
Приведены сведения о некоторых литогеохимических особенностях песчаников верхнего докембрия Камско-Бельского авлакогена и Шкаповско-Шиханской впадины. Показано, что в основном среди них преобладают аркозы, субаркозы, лита-рениты и сублитарениты, значительная часть которых является породами первого седиментационного цикла, т.е. продуктами непосредственного размыва пород кристаллического фундамента Восточно-Европейской платформы. В палеогеоди-намическом отношении их можно рассматривать как образования пассивных и активных континентальных окраин.
Ключевые слова: верхний докембрий, Камско-Белъский авлакоген, Шкаповско-Шиханская впадина, песчаники, литогеохимия, основные черты формирования.
Исследования середины 1960-х гг., направленные на разработку приемов реконструкции первичного состава метаморфических пород, потребовали систематизации данных и о составе неметаморфизо-ванных осадочных образований. Уже в это время стало ясно, что изучение химического состава любой осадочной породы является весьма мощным инструментом познания [12]. Примерно в это время появились и более или менее успешные химические классификации осадочных пород.
Для реконструкции геологической истории осадочных бассейнов континентального блока наиболее информативными типами пород являются, как известно, песчаники [6, 7, 9-11 и др.], однако использование данных о химическом составе псаммитов для расшифровки основных черт геологической истории тех или иных регионов требует достаточно осторожного
отношения, так как состав их контролируется комплексом процессов, действующих при почвообразовании, эрозии горизонтов кор выветривания и почв, транспортировке, собственно накоплении осадков в конечных водоемах стока, и трансформацией при литогенезе [15]. Из всех перечисленных факторов наибольшее значение имеют состав пород в областях размыва, преобразование кластики в процессах химического выветривания на палеоводосборах и при транспортировке, механическое истирание и разрушение, «активный» привнос и вынос компонентов, гидродинамическая сортировка и процессы пост-седиментационного преобразования. Каждый из указанных факторов в свою очередь подвержен влиянию тектонического режима в областях сноса, типов седимен-тационных систем, климата, наличия или отсутствия растительного покрова на па-
© Маслов A.B., 2011
леоводосборах, характера рельефа, природы и способов транспортировки и т.д.
На Урале и в прилегающих к нему регионах наиболее исследованными в мине-ралого-петрографическом и химическом отношении в настоящее время являются песчаники верхнего докембрия Башкирского мегантиклинория [2-5, 8 и др.]. Существенно меньше внимания уделено псаммитам рифея и венда Камско-Бельского авлакогена и Шкаповско-Шиханской впадины, несмотря на то, что роль их в сложении седиментационных серий здесь значительнее, чем в разрезе западного склона Южного Урала.
менного Башкортостана скважин, данные по керну которых использованы для характеристики песчаников.
Скважины: АСК 4 - Аслы-кулъ 4; КП 1 - Кипчак 1; ШК 740 - Шкапово 740; КБ 62 - Кабаково 62; СКШ 1 - Северо-кушкулъ 1; КШ 100 - Куш-кулъ 100; АХ 6 - Ахмерово 6; ШХ 5 -Шихан 5; М 1 - Морозовская 1; СУ 20007 -Сулли 20007; АР 7000 - Арлан 7000
Если петрография песчаников верхнего докембрия указанных выше структур была достаточно хорошо известна уже к середине 1960-х гг., то систематические сведения об их литохимических характеристиках практически отсутствуют. Цель настоящей статьи - в какой-то мере заполнить этот пробел. При ее подготовке использованы данные о химическом составе более 100 образцов псаммитов из
коллекции М.В. Ишерской (г. Уфа) (рис.1, табл. 1), полученные рентгеноспектральным флуоресцентным методом на УЯА-30 в ИГГ УрО РАН (аналитики - Н.П. Горбунова, Л. А. Татаринова, Г.С. Неупокое-ва, Г.М. Ятлук и В.П. Власов) (табл. 2).
Камско-Бельский авлакоген и 11 I каповеко 11Іиханская впадина
Рис. 2. Сводная стратиграфическая колонка отложений рифея и венда платформенного Башкортостана
Рифей в Камско-Бельском авлакогене представлен всеми тремя эратемами (рис. 2). К нижнему рифею относится кырпин-ская серия, объединяющая прикамскую, калтасинскую и надеждинскую свиты. Прикамская свита1 сложена кварцевыми, кварц-полевошпатовыми и аркозовыми песчаниками, аргиллитами, алевролитами, конгломератами и гравелитами. Калта-синская свита представлена карбонатными породами при подчиненной роли тонкозернистых терригенных образований. Надеждинская свита объединяет полевошпатокварцевые песчаники, алевроли-
1 К прикамской свите мы, как и в работе [1], относим все докалтасинские терригенные образования.
ты и аргиллиты; в ее верхней части преобладают тонкозернистые терригенные и карбонатно-терригенные отложения. Ту-каевская свита серафимовской серии юр-матиния объединяет в основном пестроцветные аркозовые, полевошпатокварцевые и близкие к ним по составу песчаники. Ольховская свита этого же стратона включает пестроцветные и темноцветные аргиллиты, мергели, алевролиты и доломиты. Абдулинская серия каратавия включает усинскую, леонидовскую, при-ютовскую и шиханскую свиты. Усинская свита сложена пестро- и сероцветными
полевошпатокварцевыми и аркозовыми песчаниками, алевролитами и аргиллитами. Леонидовская свита представлена пестро- и сероцветными кварцевыми песчаниками с каолинитовым цементом. При-ютовская свита объединяет пестроцветные глинистые сланцы, алевролиты, мергели, доломиты, кварцевые и полевошпатокварцевые песчаники и терригенно-карбонатные породы. Шиханская свита представлена серо-, зелено- и красноцветными глинистыми и строматолитовыми известняками, доломитами и мергелями.
Таблица 1. Стратиграфическая привязка исследованных образцов
№ образцов Свита Скважина Интервал отбора, м
МТ-1, МТ-9 Карлинская Аслы-куль 4 2171-2176.1, 2325-2332
МТ-2, МТ-6, МТ-8, МТ-11 Кипчак 1 2750-2755, 2689-2693, 2651-2654, 2587-2591
МТ-3, МТ-4 Шкапово 740 2499.2-2504.47, 2400.33-2404.33
МТ-5, МТ-7 Кабаково 62 2461.7-2467.2, 2711-2716
МТ-10 Северо-кушкуль 1 1900-1908
МТ-22, МТ-34 Салиховская Куш-куль 100 1933.5-1938.2, 2022.5-2027.5
МТ-23 Ахмерово 6 2321-2323
МТ-24, МТ-30, МТ-35, МТ-38 Кабаково 62 2962.6-2966.1, 3049.8-3053.8, 2962.6-2966.1, 2947.3-2949.3
МТ-25, МТ-33 Шихан 5 2577-2579, 2524.1-2526.7
МТ-26, МТ-29 Северо-кушкуль 1 2071.8-2080.1, 1977.4-1985
МТ-27, МТ-31, МТ-39, МТ-43 Шкапово 740 2799-2802, 2788.5-2794, 2692.7-2694.8, 2799-2802
МТ-28, МТ-42 Аслы-куль 4 2471-2476, 2520-2525
МТ-32, МТ-36, МТ-37, МТ-40, МТ-41 Кипчак 1 2980-2984, 2895-2900, 2950-2954, 2864-2869, 2864-2869
МТ-12, МТ-16, МТ-17, МТ-18 Старопетровская Кипчак 1 3113-3018, 3018-3022, 3074-3078, 3013-3018
МТ-14 Аслы-куль 4 2620-2625
МТ-13 Шихан 5 2876.5-2877.9
МТ-15 Морозовская 1 2155-2160
МТ-19, МТ-20 Шкапово 740 2892.74-2897.54, 2870.07-2874.09
МТ-21 Северо-кушкуль 1 2290.7-2299.7
МТ-44 Байкибашевская Кипчак 1 3187-3192
МТ-45, МТ-53, МТ-54 Северо-кушкуль 1 2285-2293.5, 2302-2310.3, 2302-2310.3
МТ-48, МТ-49, МТ-50, МТ-46 Ахмерово 6 3030-3037, 3124-3030, 3030-3037, 3030-3037
МТ-47, МТ-51, МТ-52 Шихан 5 3005.7-3009.4, 3017.1-3019.5, 2987.2-2990.5
МТ-112, МТ-113, МТ-115, МТ-118, МТ-120 Приютовская Шкапово 740 3090.38-3094.25, 3143-3148, 3362.48-3366.38, 3143.2-3148, 3362.48-3366.38
МТ-121 Кабаково 62 3691-3692
МТ-114, МТ-116, МТ-117 Ахмерово 6 3717-3719, 3560-3561, 3575-3576
МТ-119 Шихан 5 3660-3663.2
Окончание табл. 1
№ образцов Свита Скважина Интервал отбора, м
МТ-55, МТ-57, МТ-66 Леонидовская Ахмерово 6 3778-3780.3, 3990-3993, 4113-4018
МТ-59, МТ-63 Морозовская 1 2250-2256, 2170-2175
МТ-56, МТ-58 Шкапово 740 4139.48-4140.98, 3720.96-3721.16
МТ-61, МТ-65 Кипчак 1 3527-3529, 3351-3354
МТ-60, МТ-64 Кушку ль 100 3254.6-.3257.3, 3277.4-3281.4
МТ-62, МТ-67, МТ-68, МТ-69 Северо-кушкуль 1 1977.4-1985, 2408-2416.5, 1977.4-1985, 2399.5-2408
МТ-70, МТ-71 Усинская Морозовская 1 2320-2325
МТ-73, МТ-78, МТ-80, МТ-81 Кипчак 1 4215-4218, 3944-3947, 3872-2875, 4144-4147
МТ-72, МТ-74, МТ-76 Кушку ль 100 3314.4-3321.4, 3338.3-3342.4, 3355.1-3359.3
МТ-75, МТ-77 Северо-кушкуль 1 2613-2621.2, 2562.7-2571
МТ-79 Ахмерово 6 3563-3665
МТ-122 Ольховская Аслы-куль 4 2943-2944
МТ-123 Северо-кушкуль 1 2810-2815
МТ-86, МТ-99, МТ-98, МТ-101 Тукаевская Аслы-куль 4 3491.6, 3493, 3390, 3445.5
МТ-87, МТ-92, МТ-95, МТ-96 Ахмерово 6 4029-4034, 3864-3866, 3824-3828, 4059-4062
МТ-88, МТ-94, МТ-102 Кипчак 1 4848-4850, 5130-5132, 5028-5030
МТ-89, МТ-91, МТ-93, МТ-97 Кабаково 62 5290-5291, 5252-5254, 5037-5037.5, 4835-4837
МТ-90 Кушку ль 100 4700-4701
МТ-100 Северо-кушкуль 1 3371-3374.5
МТ-82 Надеждинская Кипчак 1 5421-5423
МТ-83, МТ-84, МТ-85 Аслы-куль 4 4131-4032, 4095-4098, 4263-4267
МТ-103, МТ-104, МТ-105, МТ-109 Прикамская Сулли 20007 3362-3372, 3332-3337, 3208-3212, 3253-3254
МТ-108 Морозовская 1 2537-2541
МТ-106, МТ-107, МТ-110, МТ-111 Арлан 7000 4031.5-4040.5, 3901.6-3913.4, 4225.1-4228.2, 4100.4-4104.5
В конце рифея Камско-Бельский авла-коген отмирает и верхневендские образования (каировская и шкаповская серии) на территории платформенного Башкортостана формируются в существенно более крупной структуре - Шкаповско-Шиханской впадине. Каировская серия объединяет байкибашевскую и старопетровскую свиты. В составе первой преобладают разно- и крупнозернистые плохо отсортированные кварцевые и полевошпатокварцевые песчаники с прослоями гравийного материала и редкими гальками калиевых полевых шпатов, жильного кварца и кристаллических пород, встречаются прослои гравелитов, а в верхней
части присутствуют алевропесчаники с многочисленными тонкими пропластками алевроаргиллитов. Вторая слагается пестроцветными алевроаргиллитовыми породами, содержащими переменное количество песчаного полевошпатокварцевого и полимиктового материала. Шкаповская серия включает салиховскую и карлин-скую свиты. Салиховская свита объединяет буровато- и красновато-коричневые, а также зеленовато-серые полевошпатокварцевые, кварцевые и полимиктовые песчаники и алевролиты с подчиненными прослоями зеленовато-серых и темнокоричневых аргиллитов. Карлинская свита сложена преимущественно зеленовато-
Таблица 2. Медианное, минимальное и максимальное содержания основных породообразующих оксидов (мае. %) и значенияряда их индикаторных отношений в песчаниках верхнего докембрия платформенного Башкортостана
Компоненты, отношения Прикам- ская Надеж- динская Тукаевская Усинская Леони- довская Приютов- ская Байкиба- шевская Старо- петровская Салихов- ская Карлин- ская
SÍO2 87.00±17.18 56.27-89.20 84.00±6.41 80.00-93.40 92.18±6.91 65.54-96.00 85.72±7.32 71.00-91.48 88.17±7.74 69.12-95.79 80.87±11.05 59.42-94.00 78.55±4.18 74.07-90.30 74.00±4.55 66.98-79.50 74.74±5.89 63.97-87.50 73.00±6.77 66.00-88.00
TÍÜ2 0.14±0.13 0.07-0.39 0.19±0.13 0.10-0.36 0.09±0.12 0.06-0.54 0.13±0.12 0.08-0.39 0.10±0.15 0.06-0.59 0.21±0.09 0.09-0.42 0.29±0.10 0.11-0.53 0.28±0.13 0.21-0.59 0.43±0.13 0.28-0.73 0.54±0.21 0.15-0.77
A12O3 6.32±5.46 5.04-18.21 7.90±2.44 4.08-9.26 4.11±2.83 2.64-15.00 7.96±4.60 4.27-18.61 7.36±3.12 2.92-13.35 8.13±3.62 3.85-14.63 10.27±2.19 6.52-14.99 9.56±1.48 8.99-13.12 11.57±2.64 5.87-17.36 10.82±2.68 6.16-14.87
Р^Озобщ. 1.04±0.42 0.86-1.91 2.09±1.12 0.97-3.11 1.10±1.69 0.71-7.96 1.38±1.05 1.02-4.42 1.22±1.30 0.70-5.38 1.91± 1.13 0.79-4.33 3.89±1.24 1.35-5.77 4.35±1.33 2.92-7.51 4.21±1.16 2.32-6.87 4.20±1.57 1.88-7.00
MgO 3.69±4.17 0.22-8.23 1.13±0.57 0.29-1.39 0.37±0.48 0.23-1.44 0.28±0.25 0.15-0.83 1.76±1.03 0.24-2.21 1.71±2.13 0.93-6.42 1.85±0.28 1.33-2.33 1.76±0.70 0.81-2.70 1.51±0.73 0.38-3.42 1.78±0.98 0.26-3.75
CaO 0.29±3.67 0.18-8.55 0.31±0.11 0.22-0.48 0.17±0.17 0.13-0.74 0.27±0.06 0.16-0.34 0.23±0.18 0.15-0.78 0.34±1.74 0.13-4.69 0.39±0.28 0.20-0.98 1.00±1.77 0.44-5.16 0.76±0.34 0.29-1.58 0.90±0.65 0.38-2.49
Na2O 0.50±0.58 0.50-1.50 0.93±0.17 0.80-1.20 0.50±0.21 0.50-1.21 0.50±0.00 0.50-0.50 0.50±1.27 0.50-3.80 0.50±0.51 0.50-1.80 1.60±0.65 0.50-2.50 2.40±0.78 1.10-3.70 2.40±0.96 1.40-4.40 2.30±0.82 0.90-3.30
K2O 3.11±3.37 2.16-10.30 3.81±1.75 0.88-4.60 0.83±1.66 0.41-6.72 2.67± 1.76 0.02-6.02 2.05±0.92 1.19-3.30 2.05±1.73 0.27-5.60 1.51±0.50 0.13-1.93 1.60±0.63 0.68-2.67 2.00±0.90 0.62-4.31 1.72±0.97 0.67-3.83
AI2O3/SÍO2 0.07±0.01 0.06-0.08 0.10±0.03 0.04-0.12 0.05±0.02 0.04-0.08 0.09±0.06 0.05-0.21 0.09±0.05 0.03-0.19 0.12±0.06 0.04-0.21 0.13±0.03 0.11-0.19 0.15±0.03 0.11-0.19 0.16±0.05 0.07-0.27 0.17±0.05 0.07-0.23
TÍO2/AI2O3 0.016±0.004 0.013-0.020 0.028±0.010 0.015-0.039 0.020±0.007 0.014-0.034 0.014±0.024 0.011-0.091 0.019±0.010 0.010-0.044 0.024±0.014 0.018-0.052 0.029±0.009 0.016-0.052 0.026±0.007 0.025-0.045 0.039±0.009 0.027-0.063 0.047±0.011 0.025-0.060
Na2O/K2O 0.18±0.03 0.16-0.20 - 0.67±0.49 0.20-1.73 0.19±0.27 0.10-1.01 0.42±0.70 0.15-1.85 0.20±0.92 0.11-2.07 1.15±0.90 0.67-3.83 1.29±0.65 0.52-2.31 1.49±0.57 0.37-2.25 0.84±0.53 0.59-2.15
K2O/AI2O3 0.43±0.03 0.39-0.46 0.48±0.14 0.22-0.50 0.19±0.10 0.08-0.38 0.39±0.16 0.09-0.48 0.18±0.13 0.14-0.45 0.28±0.14 0.07-0.50 0.15±0.05 0.01-0.16 0.15±0.02 0.14-0.20 0.17±0.04 0.11-0.25 0.16±0.05 0.06-0.26
ГМ 0.08±0.01 0.07-0.09 0.12±0.05 0.06-0.16 0.06±0.02 0.05-0.10 0.11±0.06 0.06-0.25 0.10±0.07 0.04-0.28 0.14±0.08 0.05-0.25 0.19±0.03 0.16-0.25 0.21±0.05 0.17-0.29 0.22±0.07 0.10-0.35 0.26±0.08 0.09-0.32
CIA 59±2 58-62 62±6 62-75 65±7 55-80 64±7 58-77 77±14 54-95 70±6 58-75 63±10 59-91 59±4 52-63 60±4 54-67 62±4 56-71
n 5 4 17 12 15 10 11 9 23 11
Примечание. В числителе - медианное значение и величина стандартного отклонения, в знаменателе - минимальное и максимальное значения. п - число проанализированных образцов. Данные по ольховской свите не приведены, так как в нашем распоряжении имеются сведения о составе всего 2 образцов этого уровня. Прочерк - нет данных.
10_____________________________________________________________________________________ _А. В. Маслов
серыми, значительно реже темно-
коричневыми аргиллитами, содержащими микропрослои, прослои и пакеты более светлоокрашенных алевролитов и редко полимиктовых и полевошпатокварцевых песчаников.
Химический состав исследуемых нами псаммитов характеризуется заметными вариациями содержаний большинства породообразующих оксидов (табл. 2). Так, медианные содержания оксида кремния в них варьируют от 73 (карлинская свита) до 92% (тукаевская свита). Минимальная медианная величина А1203 составляет ~4% (тукаевская свита), тогда как максимальная достигает почти 11.5% (салихов-ская свита). Песчаники байкибашевской, старопетровской, салиховской и карлин-ской свит отличаются от псаммитов подстилающих их толщ существенно более высокими медианными содержаниями Ее20зобщ. Песчаники прикамской свиты имеют наиболее высокое медианное содержание оксида магния (~3.7%), тогда как в песчаниках тукаевской и усинской свит этот параметр примерно на порядок ниже. Медианное содержание оксида кальция в подавляющей части песчаников рифея составляет менее 0.5%, а в псаммитах трех верхних свит венда варьирует от 0.76 до 1.0%. Медианное содержание №20 в песчаниках рифея не превышает 0.5-1.0%, а в песчаниках каировской и шкаповской серий возрастает до 1.6-2.4%. Медианное содержание оксида калия в песчаниках рифея несколько выше (2.03.8%), чем в песчаниках венда (1.5-2.0%), однако его минимальное значение (0.8%) характерно для песчаников тукаевской свиты.
Величина отношения А1203/8Ю2 в песчаниках рифея составляет 0.05-0.12, а в песчаниках венда - 0.13-0.17. В целом для песчаников венда характерны более высокие медианные значения параметра ТЮ2/А120з. Еще одно отличие псаммитов венда от псаммитов рифея - преобладание в них оксида натрия над оксидом калия. Медианные значения гидролизатного модуля (ГМ) (А120з + ТЮ2 + Бе203 + Бе0 +
MnO)/SiO2 [12] в песчаниках верхнего докембрия платформенного Башкортостана изменяются от 0.06 (тукаевский уровень среднего рифея) до 0.26 (карлинский уровень венда), при этом максимальные значения характерны для псаммитов венда. Максимальные медианные значения индекса химического изменения (CIA) 100 х Al203/(AhO3 + CaO* + Na2O + K2O) [18] характерны для песчаников леонидовской и приютовской свит, минимальные наблюдаются в песчаниках прикамского, старопетровского и салиховского уровней.
В середине 1970-х гг. Ф. Петтиджон с соавторами [9] для классификации песчаников использовали диаграмму
1og(Na2O/K2O)-1og(SiO2/A12O3). В основу разделения песчаников на разные группы был положен геохимический подход, отражающий соотношение в породах кварца, полевых шпатов и глинистых минералов - чем дольше основные компоненты каркаса песчаников подвергаются переносу (многократному переотложению) и чем дальше от источника сноса они накапливаются, тем больше выражена в них тенденция к обогащению кварцем по сравнению с другими минералами. Песчаники верхнего докембрия платформенного Башкортостана на данной диаграмме локализованы достаточно широко, но практически не встречаются в полях граувакк и кварцевых аренитов (рис. 3, а). Для сравнения на рис. 3, в приведено положение на этой же диаграмме точек составов песчаников рифея и венда Башкирского мегантиклинория (данные Э.З. Гареева). Последние, как можно видеть, также практически отсутствуют в поле граувакк, но в существенной мере представлены в поле кварцевых аренитов. Учитывая, что на данной диаграмме нет также значительной части фигуративных точек псаммитов с 1og(Na2O/K2O)<-1.0 и 1og(SiO2/A12O3) > 2.0, то вполне очевиден вывод о более широком литохимическом разнообразии песчаников типового разреза рифея по сравнению с песчаниками рифея и венда Камско-Бельского авлакогена
и Шкаповско-Шиханской впадины, что, по всей видимости, связано с большим разнообразием процессов, контролировавших формирование их состава. Этот же вывод следует и из рассмотрения положения составов песчаников типа рифея на диаграмме 1о§(8Ю2/АЬ0з)-1о§(Бе20з/К20) [16] (рис. 3, г). В указанной диаграмме вместо величины 1о§(№20/К20) использован логарифм отношения (Ре203/К20). Считается, что диаграмма М. Хиррона дает возможность более точно классифицировать аркозы, а
также позволяет оценивать степень присутствия в породах Ре-М§-минералов, менее устойчивых к процессам выветривания. Два поля на данной диаграмме принадлежат глинистым породам, имеющим, как правило, весьма низкие значения отношения 8Ю2/А120з.
Точки составов песчаников рифея и венда платформенного Башкортостана на диаграмме М. Хиррона (рис. 3, б) достаточно равномерно распределены в полях аркозов, литаренитов, сублитаренитов и субаркозов. Даже точки песчаников лео-
1оё(8Ю2/А12Оэ)
к^фСУАГА)
Рис. 3. Положение точек составов песчаников рифея и венда платформенного Башкортостана (а, б) и верхнего докембрия западного склона Южного Урала (в, г) на классификационных диаграммах Ф.Дж. Петтиджона с соавторами иМ. Хиррона: аи б - свиты: 1 - прикамская; 2 - надеждинская; 3 - тукаевская; 4 - олъховская; 5 - усинская; 6- леонидовская; 7 - приютов-ская; 8 - байкибашевская; 9 - старопетровская; 10 - салиховская; 11 - карлинская; виг -свиты: 1 - айская; 2 - юшинская; 3 - машакская; 4 - зигалъгинская; 5 - зигазино-комаровская; 6 - авзянская; 7 - биръянская подсвита зилъмердакской свиты; 8 - лемезинская подсвита той же свиты; 9 - бедерышинская подсвита той же свиты; 10 - инзерская; 11 - басинская; 12 -кук-караукская; 13 - зиганская
нидовского уровня расположены почти во всех перечисленных классификационных полях, что связано с присутствием в них значительной доли каолинитового цемента (преобразованы процессами выветривания или внутрислойными трансформациями зерна кластогенных калиевых полевых шпатов?). Как и на диаграмме ^(№20/К20)-к^(8Ю2/А1203), здесь также нет точек, соответствующих кварцевым аренитам.
1 10 100 1000 гг/Бс
Рис. 4. Положение точек составов песчаников рифея и венда платформенного Башкортостана на диаграмме 2т/8с-ТН/8с. Свиты: 1 - прикамская; 2 - надеждинская; 3 - тукаев-ская; 4 - олъховская; 5 - усинская; 6 - леони-довская; 7 - приютовская; 8 - байкибашев-ская; 9 - старопетровская; 10 - салиховская; 11 - карлинская
Формирование кластических осадков контролируется процессами как рециклинга, так и привноса петрогенного материала, поступающего непосредственно за счет размыва кристаллических пород. В результате взаимодействия этих процессов соответственно формируются литогенные и петрогенные песчаники, алевролиты и глинистые породы и их переходные разновидности. Длительное переотложение в существенной мере способствует обогащению кластических осадков химически и механически зрелыми компонентами: для
песчаников и алевролитов это кварц, для глинистых пород - иллит. «Петрогенные» обломочные породы, образованные за счет разрушения зрелой континентальной коры с высоким содержанием гранитои-дов, также содержат существенное количество кварца, но наряду с ним в их каркасе в ощутимом количестве присутствуют и полевые шпаты. Исходя из общих геологических закономерностей можно предполагать, что псаммиты рифея и венда платформенного Башкортостана сложены преимущественно петрогенной алюмосиликокластикой. Подтверждением сказанного является распределение их то -чек составов на диаграмме 7г/8с-ТИ/8с (рис. 4). Значительная часть псаммитов, в том числе и вендского возраста, сосредоточена здесь в области тренда, определяемого исходным составов пород в областях размыва, т.е. принадлежит петрогенным образованиям.
Соотношения между основными породообразующими оксидами достаточно часто применяются и для реконструкции палеогеодинамических обстановок формирования песчаниковых ассоциаций. Если воспользоваться рядом из обычных для этого парных диаграмм, то мы увидим следующее.
На диаграмме 8Ю2-(К20/№20) [19] (рис. 5, а) индивидуальные точки песчаников рифея Камско-Бельского авлакоге-на сосредоточены в области составов, типичных для обстановок пассивных континентальных окраин, тогда как точки псаммитов венда локализованы преимущественно в поле составов, формировавшихся в более активных геодинамических обстановках. Это же следует и из характера размещения медианных точек состава песчаников на данной диаграмме (рис. 6,
а). Даже с учетом величины стандартного отклонения (СО) хорошо видно, что песчаники каировской и шкаповской серий принципиально отличны от псаммитов рифея.
На диаграмме Б1-Р22 [13] (рис. 5, б) распределение индивидуальных точек псаммитов различных литостратиграфических единиц рифея и венда не имеет столь отчетливых различий. Большинство из них занимают промежуточное положение между областями составов, свойственных пассивным и активным континентальным окраинам. При анализе же распределения медианных точек составов можно видеть, что песчаники венда тяготеют к области составов, типичных для обстановок континентальных вулканических дуг (в этой области, правда, присутствует и точка песчаников тукаевской свиты), тогда как песчаники рифея сосредоточены в полях пассивных и активных окраин (рис. 6, б).
На диаграмме (Бе203* + М§0)-
А1203/8Ю2 [13] индивидуальные точки составов псаммитов верхнего докембрия платформенного Башкортостана также сконцентрированы в основном в областях составов пассивных и активных континентальных окраин (рис. 5, в). Примерно такое же положение присуще им и на треугольной диаграмме (К20 + Ка20) -8102/20 - (ТЮ2 + Fe20з + М§0) [17] (рис. 7).
з
На факторной диаграмме Б3-Р4 [19]
точки индивидуальных составов псаммитов рифея расположены так (рис. 8, а), что можно сделать вывод о преобладании на палеоводосборах изверженных пород кислого состава и осадочных или метаоса-дочных, богатых кварцем, образований дорифейского проточехла ВосточноЕвропейской платформы, что не противо-
2 Здесь F1 = 0.303 - 0.0447 х SiO2 - 0.972 х TiO2 +
0.008 х Al2O3 - 0.267 х Fe2O3 + 0.208 х FeO - 3.082 х MnO + 0.14 х MgO + 0.195 х CaO + 0.719 х Na2O
- 0.032 х K2O + 7.51 х P2O5, F2 = 43.57 - 0.421 х SiO2 + 1.988 х TiO2 - 0.526 х Al2O3 - 0.551 х Fe2O3
- 1.61 х FeO + 2.72 х MnO + 0.881 х MgO - 0.907 х CaO - 0.177 х Na2O - 1.84 х K2O + 7.244 х P2O5.
3 Здесь F3 = 30.638 х TlO2/Al2O3 - 12.541 х Fe2O3o64/Al2O3 + 7.329 х MgO/Al2O3 + 12.031 х Na2O/Al2O3 + 35.402 х K2O/Al2O3 - 6.382, F4 = 56.5 х TiO2/Al2O3 - 10.879 х Fe2O3o64/Al2O3 + 30.875 х MgO/Al2O3 - 5.404 х Na2O/Al2O3 + 11.112 х K2O/Al2O3 - 3.89.
речит полученным ранее минералогопетрографическим данным.
100 I
ю -
О, :
СЗ1 -
5 ■
О ■ -
1 -
0,1
50 60 70 80 90 100
Si02
12
8 4 0 -4 -8
-6 -4 -2 0 2 4 6
F1
0,4
0,3 -
О '
сл
¿0,2 -<
0,1 -
0,0
О 4 8 12 16
Ке:0,*+Му0
Рис. 5. Положение точек составов песчаников рифея и венда платформенного Башкортостана на диаграммах 8Ю2-(К20/Ыа20) (а), П—Г2 (б) и (Тв20з* + М^0)-Л1203/8102 (в). Условные обозначения см. на рис. 4
Континентальная вулканическая дуга . О
Океаническая островная/вулканическая дуга а А__________2?
__'> Лх Активная
* , х о
континентальная
окраина
Пассивная континентальная окраина
б
Пассивная континента^ная окраина х Океаническая ° ° я островная/вулканическая дуга
/ Континентальная
у вулканическая дуга В \
*
Активная \
о • континентальназк
▲ окраина \
Пассивная
континентальная
окраина
і—I—I—I—I—|—I—I—I—I—I—I—I—I—I—г
Рис. 6. Положение медианных точек состава песчаников верхнего докембрия платформенного Башкортостана на различных дискриминационных диаграммах. Свиты: 1 -прикамская; 2 — надеждинская; 3 — тукаевская; 4 — усинская; 5 — леонидовская; 6 — бай-кибашевская; 7 — старопетровская; 8 — салиховская; 9 — карлинская
Рис. 7. Положение индивидуальных точек состава песчаников верхнего докембрия платформенного Башкортостана на диаграмме (K2O + Na2O) - Si02/20 - (TiO2 + Fe2O3 + MgO). Области составов: A - океанических островных дуг; B - континентальных островных дуг; C - активных континентальных окраин; D - пассивных континентальных окраин
Аналогичные данные о песчаниках каировской и шкаповской серий указывают на возможное увеличение роли магматических образований как источников сноса. Исходя же из соотношений в псаммитах верхнего докембрия N5, У, 7г и ТЮ2 можно предполагать в соответствии с представлениями [20, 14], что основная их масса сформирована за счет размыва
пород кислого и среднего состава (рис. 8,
б).
Таким образом, на основе литогеохимических данных можно сделать заключение, что среди песчаников рифея и венда платформенного Башкортостана преобладают аркозы, субаркозы, литарениты и сублитарениты, значительная часть которых является породами первого седи-
ЕЗ ЫЬ/У
Рис. 8. Положение индивидуальных точек состава песчаников верхнего докембрия платформенного Башкортостана на диаграммах Б3—Б4 (а) и Nb/Y-Zr/Ti02 (б). Условные обозначения см. нарис. 4
ментационного цикла, т.е. продуктами непосредственного размыва пород кристаллического фундамента ВосточноЕвропейской платформы. В палеогеоди-намическом отношении их можно рассматривать как образования пассивных и активных континентальных окраин. Источниками сноса для них являлись как кислые и среднекислые изверженные породы (риолиты, риодациты/дациты, тра-хиандезиты и т.п.), так и метаосадочные,
богатые кварцем, породы дорифейского проточехла платформы.
Приведенные результаты - это, естественно, отражение только начала полномасштабного исследования литогеохимии песчаников и тонкозернистых терриген-ных пород верхнего докембрия платформенного Башкортостана. Они были бы невозможны без всесторонней многолетней помощи М.В. Ишерской.
Исследования выполнены при поддержке проекта УрО РАН 09-С-5-1013.
Библиографический список
1. Белоконь Т.В., Горбачев В.И., Балашова М.М. Строение и нефтегазоносность ри-фейско-вендских отложений востока Русской платформы. Пермь: ИПК «Звезда», 2001. 108 с.
2. Гареев Э.З. Условия формирования зиль-мердакских отложений по геохимическим данным на примере стратотипического разреза по р. Малый Инзер (Южный Урал) // Геохимия осадочных формаций Урала/ УНЦ АН СССР. Свердловск, 1987. С. 2936.
3. Гареев Э.З. Геохимия осадочных пород стратотипического разреза рифея: автореф. дис. ... к. г.-м н. М.: ГЕОХИ, 1989. 24 с.
4. Гареев Э.З., Маслов A.B. Основные петро-химические особенности и условия обра-
зования аркозовых комплексов рифея и венда Южного Урала // Литология и полезные ископаемые. 1992. № 3. С. 50-60.
5. Гареев Э.З., Маслов A.B. Основные черты петрохимической эволюции песчаников стратотипического разреза рифея на Южном Урале // Там же.1994. № 4. С. 119-127.
6. Граувакки / под ред. В.Д. Шутова. М.: Наука, 1972. 345 с.
7. Коссовская А.Г., Тучкова М.И. К проблеме минералого-петрохимической классификации и генезиса песчаных пород // Литология и полезные ископаемые. 1988. № 2. С. 8-24.
8. Маслов A.B., Гареев Э.З. Петрографо-петрохимические аспекты формирования нижнерифейских песчаниковых ассоциаций Южного Урала // Геохимия. 1996. № 3. С. 278-288.
9. Петтиджон Дж, Поттер П., Сивер Р. Пески и песчаники. М.: Мир, 1976. 534 с.
Ю.Шванов В.Н. Петрография песчаных пород (компонентный состав, система, описание минеральных видов). Л.: Недра, 1987. 269с.
11..Шутов В.Д. Классификация песчаников // Литология и полезные ископаемые. 1967. № 5. С. 86-103.
12.Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Основы лито-химии. СПб.: Наука, 2000. 479 с.
13.Bhatia M.R. Plate tectonics and geochemical composition of sandstones // J. Geol. 1983. Vol. 91. P. 611-627.
14.Fralick P. W. Geochemistry of clastic sedimentary rocks: ratio techniques // Lentz D.R. (Ed.). Geochemistry of Sediments and Sedimentary Rocks. Geological Association of Canada. 2003. P. 85-103 (Geotext 4).
15. Johns son M.J. The system controlling the composition of clastic sediments // Johnsson M.J. and Basu A. (Eds.). Processes controlling the composition of clastic sediments. GSA. Spec. Paper. 1993. № 284. P. 1-19.
16..Herr on M.M. Geochemical classification of terrigenous sands and shales from core or log data // J. Sed. Petrol. 1988. Vol. 58. P. 820829.
17.Kroonenberg S.B. Effects of provenance, sorting and weathering on the geochemistry of fluvial sands from different tectonic and climatic environments // Proceedings of the 29th International Geological Congress. 1994. Part A. P. 69-81.
18.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.
19.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, № 5. P. 635-650.
20. Winchester J.A., Floyd P.A. Geochemical discrimination of different magma series and their differentiation products using immobile elements // Chem. Geol. 1977. Vol. 20. P. 325-343.
Upper Precambrian Sandstones of Platform Bashkortostan: Lithogeochemistry and Main Lines of Formation
A.V. Maslov
Institute of geology and geochemistry UrO RAN,
620075, Ecaterinburg, Pochtoviy per., 7. E-mail: maslov@igg.uran.ru
Main lithogeochemical characteristics of Upper Precambrian sandstones from Kamsk-Belsk aulacogen and Shkapovo-Shikhan Depression are discussed. It is established that among these sandstones arkoses, subarkoses, litharenites and sublitharenites are predominated. Majority of these sandstones are first-cycle rocks and were formed due to direct erosion of crystalline basement of East European Platform. Lithogeochemical peculiarities of Riphean and Vendian sandstones indicate that these rocks were formed in passive and active continental margin conditions.
Key words: Upper Precambrain, Kamsk-Belsk aulacogen, Shkapovo-Shikhan Depression, sandstones, lithogeochemistry, main lines of formation.
Рецензент - доктор геолого-минералогических наук Г.А. Мизенс
