CC BY
57
где ь — начальная длина фронта трещины.
Следовательно, ? представляет собой произведение удельной энергии хрупкого разрушения на длину фронта трещины. Начальная длина фронта трещины равна ширине режущего элемента, то есть ширине зуба ковша экскаватора.
Установлено, что распространение трещин устойчиво при определенном соотношении между действующим напряжением
f _ V
о
ся трещины ^ при условии
и длинои распространяющей-
о>о
k. Если действую-
щее напряжение не превышает разрушающего напряжения , соответствующего исходной длине трещи-
С
ны 0, размер которой принимается равным размеру частиц, образующих грунтовый скелет, то произойдет некоторая задержка, за время которой исходная трещина достигнет величины . Это время определяется числом циклов нагружения 2 , так как за каждый цикл
увеличивается на величину А£. Следовательно, длину распространяющейся трещины можно определить из следующего выражения:
£ = £„ + М .Z.
(10)
Размер зоны разрушения А£ в соответствии с результатами работ [1; 2] связан с размером зоны сдвиговых деформаций. Так как размер зоны сдвиговых деформаций зависит от амплитудного напряжения сдвига т по закону, полученному в работах [1; 2], то
А£ = -2
L
(11)
Использовав выражения (3), (8)—(11) и сделав соответствующие преобразования, получим значение разрушающего напряжения:
2 и 2Ет0К ob +-—
p 3Gf
7r£0(l-v2) 1 +
0,5zr
(12)
Из выражения (12) видно, что с увеличением частоты нагружения / второе слагаемое подкоренного
выражения, определяющее работу пластической деформации, может стать равным или меньше энергии хрупкого разрушения, то есть имеет место переход от упругопластического состояния к хрупкому.
В результате проведенного анализа воздействия циклического нагружения мерзлого грунта получено выражение разрушающего напряжения ок, из которого видно, что при увеличении частоты циклического нагружения работа пластической деформации резко снижается и наблюдается переход от упругопластиче-ского состояния материала к хрупкому. Это приводит к образованию микротрещин отрыва (усталости), резко уменьшающих прочность мерзлого грунта при нагру-жении.
Статья поступила 18.06.2014 г.
О =
Библиографический список
1. Качанов Л.М. Основы механики разрушения. М.: Наука, 2. Партон В.З., Морозов Е.М. Механика упругопластического 1974. 312 с. разрушения. М.: Наука, 1974. 416 с.
УДК 551.782.23:551.79(571.54)
УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ И КОРРЕЛЯЦИЯ ОТЛОЖЕНИЙ ОПОРНЫХ РАЗРЕЗОВ ВЕРХНЕГО НЕОПЛЕЙСТОЦЕНА ЮГА ВОСТОЧНОЙ СИБИРИ ПО ЛИТОХИМИЧЕСКИМ ДАННЫМ
© Е.Ю. Семеней1, А.А. Щетников2, И.А. Филинов3, С.В. Вещева4
Институт земной коры СО РАН,
664033, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128.
Приведены результаты изучения геохимии отложений опорных разрезов верхнего неоплейстоцена Тункинской рифтовой долины (Байкальская рифтовая зона) и Иркутского амфитеатра (Сибирская платформа). Полученные
1Семеней Елена Юрьевна, младший научный сотрудник, тел.: (3952) 429756, 89149268010, e-mail: semselana@gmail.com Semenei Elena, Junior Researcher, tel.: (3952) 429756, 89149268010, e-mail: semselana@gmail.com
2Щетников Александр Александрович, кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник, тел.: (3952) 429756, 89149157735, e-mail: shchet@crust.irk.ru
Shchetnikov Alexander, Candidate of Geological and Mineralogical sciences, Senior Researcher, tel.: (3952) 429756, 89149157735, e-mail: shchet@crust.irk.ru
3Филинов Иван Анатольевич, кандидат геолого-минералогических наук, научный сотрудник, тел.: (3952) 429756, 89148821861, e-mail: filinov@crust.irk.ru
Filinov Ivan, Candidate of Geological and Mineralogical sciences, Researcher, tel.: (3952) 429756, 89148821861, e-mail: fili-nov@crust.irk.ru
4Вещева Светлана Вадимовна, кандидат геолого-минералогических наук, младший научный сотрудник, тел.: (3952) 429756, 89025688653, e-mail: veshcheva@gmail.com
Veshcheva Svetlana, Candidate of Geological and Mineralogical sciences, Junior Researcher, tel.: (3952) 429756, 89025688653, e-mail: veshcheva@gmail.com
данные отражают вариации палеоклимата в позднем квартере региона. Наиболее высокими значениями литохи-мических модулей характеризуются отложения казанцевского времени (OIS 5) формирования в разрезе «Усть-Одинский». Это свидетельствует о высокой степени химических преобразований пород и аккумуляции в осадках глинозема и железа - показателей теплого гумидного климата. Выше по разрезу (до голоценового горизонта, OIS 1) во всех рассмотренных местонахождениях наблюдается понижение значений всех модулей. Подобное распределение характеризует общее направленное ухудшение климатических условий с казанцевского времени (OIS 5) до сартанского (OIS 2). На этом фоне наблюдаются два пика увеличения значений модулей на уровнях залегания горизонтов палеопочв каргинского времени (OIS 3), характеризующих его оптимумы. Ил. 6. Библиогр. 17 назв.
Ключевые слова: верхний неоплейстоцен; литохимия; литогенез; палеоклимат; Байкальская рифтовая зона; Сибирская платформа.
FORMATION CONDITIONS AND CORRELATION OF UPPER NEO-PLEISTOCENE REFERENCE SECTION DEPOSITS IN THE SOUTH OF EASTERN SIBERIA BY LITHOCHEMICAL DATA E.Yu. Semenei, A.A. Shchetnikov, I.A. Filinov, S.V. Veshcheva
Institute of the Earth's Crust SB RAS, 128 Lermontov St., Irkutsk, 664033, Russia.
The paper presents the results of geochemical researches of the Upper Neo-Pleistocene key section deposits in the Tunka rift valley (the Baikal rift zone) and Irkutsk amphitheatre (the Siberian platform). Obtained data reflect regional paleoclimate variations in the Late Pleistocene. The highest values of lithochemical modules are characteristic of the Kazantsevo time (OIS 5) deposits in Ust-Oda cross-section. That indicates a high degree of chemical transformations of rocks and accumulation of alumina and iron in sediments. Presence of the last is indicative of warm humid climate. Higher in the succession (up to the Holocene horizon OIS 1) all examined locations demonstrate the decrease in the values of all modules. This distribution is characteristic of general directional climate deterioration since Kazantsevo time (OIS 5) to Sartan time (OIS 2). On this background there are two peaks of increased values of modules at the levels of buried soil horizons of Karginsky time (OIS 3) that characterize its optima. 6 figures. 17 sources.
Key words: Upper Neo-Pleistocene; lithochemistry; lithogenesis; paleoclimate; Baikal rift zone; Siberian platform.
Введение
Анализ химического состава литифицированных осадочных пород находит широкое применение в геологии. В изучении рыхлых отложений использование данных методов затрагивает сферу изучения в основном субаквальных толщ. Вместе с тем, исследование химического состава молодых континентальных осадочных пород в рамках решения различных задач по уточнению их фациальной принадлежности, качественной оценки степени диагенеза, проведения корреляций и реконструкции природных условий осадко-накопления также может быть весьма эффективным [11-13; 17].
В настоящей работе представлены первые результаты литохимического изучения терригенных отложений опорных разрезов верхнего неоплейстоцена юга Восточной Сибири с целью региональной корреляции их хроностратиграфических горизонтов и реконструкции условий литогенеза.
Методы исследования
Изучение химического состава отложений было выполнено методом стандартного силикатного анализа на содержание основных петрогенных окислов -БЮ2, ТЮ2, А1203, Ре203, РеО, МпО, СаО, МдО, К20, №20, Р205, С02 на 100%. В эту же сумму входит потеря при прокаливании при 1000°С. Исследования были выполнены на базе Института земной коры СО РАН. При интерпретации полученных результатов силикатного анализа были подсчитаны различные геохимические индексы, модули и отношения элементов.
Индекс химического выветривания
CIW = [АЮз/(AI2O3 + CaO+NaaO)] х100 [14], индекс зрелости пород
ICV = (Fe2O3 + K2O + Na2O + CaO + MgO + TÍO2) /AI2O3 [13] и индекс интенсивности химического выветривания CIA = [АШз/ (AI2O3+CaO+Na2Ü+K2O)] х100 [14]
использовались в качестве показателей палеоклимата в питающих провинциях.
В этих же целях использовались показатели модулей согласно работе [10]. Гидролизный модуль (ГМ) рассчитывался по формуле
(АЮз + TÍO2 + Fe2O3 + MnO) /SÍO2.
Использование этого модуля позволяет оценить степень переработки обломочного материала исходных пород палеоводосборов. Железистый модуль (ЖМ) рассчитывался по формуле
(Fe2O3 + FeO + MnO) / (АЮз + TÍO2) .
В сопоставлении с гидролизным модулем железистый модуль позволяет более точно судить о глиноземистом либо железистом составе пелитовой фракции. Алюмокремниевый модуль (АМ) рассчитывался по формуле AI2O3/SÍO2. Фемический модуль (ФМ) рассчитывался по формуле
(Fe2O3 + FeO + MgO) /SÍO2.
Данный модуль применяется при анализе пирокласти-ческих и вулканогенных пород андезитобазальтового состава. Кроме того, увеличение значений этого модуля может являться следствием гумидизации климата на фоне наступающего потепления, когда в результате химического выветривания пород на палеоводо-
сборах происходит увеличение доли поступления окислов железа в среду осадконакопления. Титановый модуль (ТМ) рассчитывался по формуле ТЮ2/ЛЮз. Его значения позволяют оценить степень зрелости осадочных пород. Щелочной модуль (ЩМ) рассчитывался по формуле №20/К20. Данный модуль характеризует особенности процессов химического выветривания и созревания поступающих в осадочный бассейн обломочных пород. Чем больше значение модуля, тем больше плагиоклазов поступило в область осадконакопления из питающей провинции при аридном или нивальном климате. Увеличение влажности и температуры будет способствовать более быстрому разрушению этих минералов и, следовательно, уменьшению значения этого модуля. Таким образом, данный модуль также может использоваться в целях реконструкции палеоклимата в процессе се-диментогенеза. Модуль общей нормативной щелочности (НКМ) рассчитывался по формуле (N320 + К2О)/АЪОз. Повышенные значения модуля
говорят об увеличенном количестве полевых шпатов в породе и низкоглиноземистых силикатов (щелочных амфиболов, железистых гидрослюд), в состав которых обычно входят щелочи. Таким образом, высокие значения модуля будут свидетельствовать о слабой степени выветривания пород палеоводосборов в обста-новках аридного и нивального климатов.
Минералогические исследования также были выполнены на базе Института земной коры СО РАН. Легкая и тяжелая фракции размерности 0,25-0,05 иссле-
довались иммерсионным методом с предварительным разделением анализируемого материала в тяжелой жидкости с удельным весом 2,8 (аналитик Т.И. Храм-цова).
Опорные разрезы верхнего неоплейстоцена Тункинской рифтовой долины и юга Сибирской платформы
Наиболее полные несубаквальные разрезы верхнего квартера Прибайкалья и Предбайкалья приурочены к нижнему ярусу террасового комплекса магистральных рек региона. Именно в уступах террас высотой 20-30 м вскрываются отложения с непрерывной стратиграфической последовательностью доголоце-нового времени формирования в объеме верхнего неоплейстоцена.
Тункинский рифт
Во впадинах Тункинского рифта ключевые обнажения плейстоценовых осадков локализуются в ди-стальных частях впадин - в подножии хр. Хамар-Дабана, обрамляющего рифтовую долину с юга, и по периферии междувпадинных перемычек-отрогов. На фоне общих погружений здесь фиксируются молодые малоамплитудные инверсионные воздымания, сопровождаемые эрозионным расчленением и эксгумацией осадочного выполнения впадин [5; 8; 15]. Среди опорных разрезов верхнего неоплейстоцена Тункинского Прибайкалья наиболее представительными в литоло-го-стратиграфическом отношении являются обнажения «Славин Яр» и «Белый Яр» (рис. 1).
100°
Рис. 1. Схема расположения разрезов
Разрез «Славин Яр»
Разрез «Славин Яр» расположен на юго-западной окраине Торской впадины Тункинского рифта на левобережье р. Зун-Мурин в 11 км от ее устья. Это наиболее важное в стратиграфическом отношении обнажение четвертичных отложений во впадинах Юго-Западного Прибайкалья.
Литолого-стратиграфическое строение
Видимая мощность представленных в разрезе отложений достигает 30 м (рис. 2) при протяженности обнажения более 1 км. Отложения в разрезе группируются в три пачки (сверху вниз): 1) светло-коричневые пески с прослоями суглинков; 2) светлосерые галечные валунники; 3) буро-охристые валунно-галечные конгломераты с прослоями и линзами песчаников.
Конгломераты залегают на коренных кристаллических породах, вскрытых у юго-западного окончания разреза и выступающих над урезом воды р. Зун-Мурин на высоту до 2 м. Толща конгломератов прослеживается на протяжении около 200 м, имеет наклонное на северо-восток залегание и выклинивается вверх по течению реки. Видимая часть подошвы конгломератов имеет наклон около 10°, видимая часть кровли — 3—4°. Основная особенность этих сильно ли-тифицированных отложений — их насыщенность гидроокислами железа, которые придают им характерный буро-охристый цвет. Обломки в толще хорошо окатаны, но плохо сортированы, в целом преобладают разности диаметром 10—15 см. Конгломераты содержат
многочисленные включения растительного детрита и лигнитизированной древесины, в том числе стволы диаметром до 30 см, и имеют верхненеогеновый возраст [5].
На конгломератах залегают сероцветные галечные валунники. Их мощность увеличивается от 1—2 м к северо-восточной части обнажения, где для непосредственного наблюдения доступны 6—7 м, а основание перекрыто современными отложениями р. Зун-Мурин или погружается ниже его уровня. В целом обломки плохо сортированы. Максимальные их размеры достигают 0,8 м в поперечнике при средней величине 15—30 см. В верхней части горизонта прослеживается субгоризонтальная слабовыраженная макрослоистость.
Верхняя часть разреза представлена песчаными накоплениями с заключенными в них горизонтами погребенных почв. Кровля и подошва песчаной толщи имеют нормальное залегание. Мощность этих осадков по всей протяженности обнажения составляет порядка 20 м. Преобладают светло-коричневые мелкозернистые пылеватые пески с прослоями среднезернистых песков и редко — тонких прослоев гравийных галечников. Горизонтально-слойчатые серии чередуются с полого-волнистослойчатыми и в меньшей степени — косослойчатыми. Границы серий преимущественно нечеткие. В целом отмечается уменьшение крупности гранулометрического состава отложений вверх по горизонту.
Рис. 2. Литолого-стратиграфическое строение опорных разрезов: 1 - современные почвы; 2 - суглинки; 3 - супеси; 4 - лессовидные супеси; 5 - разнозернистые пески; 6 - крупнозернистые пески; 7 - конгломераты; 8 - галечные валунники; 9 - брекчии; 10 - горизонты криотурбаций; 11 - коренные породы; 12 - ископаемая фауна;
13 - ископаемая флора; 14 - погребенные почвы
На глубинах 8, 10,5 и 11 м в песчаной толще прослеживаются три выдержанных, мощностью 10-40 см, интенсивно криотурбированных слоя погребенных почв, представленных темно-серыми (до черных) суглинками и супесями с включениями торфа, древесного угля и костных остатков териофауны. Из погребенной почвы, залегающей на глубине 8 м, нами получена С14 АМ^-дата 37790±310 л.н. (ТО-13278), а с глубины 11,5 м - 14С-дата 45810±4070 л.н. (ИГАН 3133) [15], даты некалиброванные.
Геохимия и минералогический состав отложений
Терригенные отложения разреза «Славин Яр» характеризуются сравнительно высокими содержаниями БЮ2 (60,9-73,7%) и ТЮ2 (0,5-0,94%). Содержание А1203 распределено достаточно равномерно по всему разрезу. Доля карбонатной составляющей не превышает первых процентов от общего объема породы. Отмечено преобладание Na2O над К20, что свидетельствует о существенном присутствии натровых плагиоклазов. Общее содержание Fe0бщ. варьируется от 4 до 5,5%. Содержание МпО и Р205 не превышает 0,1 и 0,23% соответственно. Следует отметить достаточно равномерное распределение всех породообразующих окислов по разрезу (рис. 3).
При этом отложения нелитифицированной части разреза по своим петрохимическим характеристикам отличаются от подстилающей неогеновой аносовской свиты, которая характеризуется более высокими содержаниями SiO2, ТЮ2 и более низкими содержаниями А1203 и щелочей. Это свидетельствует о том, что породы аносовской свиты накапливались в обстановках, существенно отличных от неоплейстоценовых. Петрографический состав конгломератов разреза представлен во всех фракциях практически целиком неогеновыми базальтами с их минеральными производными (более 80%). Псаммитовая и пелитовая части пород
представлены продуктами разрушения основных пород - преимущественно монтмориллонитом и смекти-том. Агрегаты цемента сосредоточены в отложениях в виде разнообразных стяжений, натеков, корок и отдельных зерен. Характер вещественного и механического состава осадков, строение горизонта свидетельствуют о малой дальности, но высокой интенсивности сноса материала к месту его сравнительно быстрого захоронения.
Минералогический состав залегающих выше валунных галечников в сравнении с подстилающими отложениями резко меняется. В крупнообломочной фракции это уже преимущественно гнейсы, кристаллические сланцы, мрамора и гранитоиды, представляющие петрографическую основу и современного аллювия р. Зун-Мурин в районе расположения разреза. В пелитовой фракции преобладают гидрослюды и карбонаты.
Минералогический состав песчаной толщи близок к таковому заполнителя галечных валунников. В пели-товой фракции песчаной толщи, как и у подстилающего горизонта, присутствуют преимущественно гидрослюды с примесью карбоната. В целом стоит отметить, что эти два горизонта близки между собой по вещественному составу и контактируют друг с другом без углового несогласия и стратиграфического перерыва.
Разрез «Белый Яр»
Разрез «Белый Яр» расположен на левобережье р. Иркут в восточном окончании Тункинской впадины одноименного рифта, в подножие Еловского отрога. Разрез экспонирован в двух естественных обнажениях - «Белый Яр-1» и «Белый Яр-II», расположенных на расстоянии двух км друг от друга. «Белый Яр» - один из наиболее изученных и в тоже время спорных разрезов неоплейстоцена Тункинского Прибайкалья.
Рис. 3. Диаграммы основных петрогенных окислов отложений разреза «Славин Яр»
Литолого-стратиграфическое строение
На размытой поверхности туфогенных песчаников и туфобрекчий позднененеогенового возраста здесь залегает 20-метровой мощности толща разнородных плейстоценовых песков. Последняя представлена в нижней части преимущественно аллювиальными накоплениями, а выше по разрезу - комплексом эоловых и склоновых отложений.
Долгое время считалось, что в подошве «песчаной» части разреза «Белый Яр» залегают осадки нижнего плейстоцена, а в ее средней части - среднего плейстоцена [1]. Однако позже по обнажению «Белый Яр-II» появились биостратиграфические данные, подкрепленные радиоуглеродными датировками, свидетельствующие о более молодом, верхнеплейстоценовом возрасте всей песчаной части разреза [2; 6; 7]. Также нами были продатированы радиоуглеродным методом собранные в этом местонахождении кости Ovis ammon 28730±160 л.н. (СОАН-7290) и Coelodonta antiquitatis 12405±125 л.н. (СОАН-7291).
До последнего времени оставался не датированным радиологическими методами разрез «Белый Яр-I». Это способствовало культивированию спорных гипотез в отношении возраста слагающих его отложений и позволяло исследователям по-прежнему удревнять его низы (а именно прослои обогащенных разнообразной органикой, оторфованных суглинков) вплоть до позднего миоцена [4]. Полученная нами из самого основания этого разреза, уже из-под горизонта суглинистых старичных фаций, первая 14С-дата 44200±4500 л.н. (ИГАН 3370) позволила решить данную проблему. Таким образом, согласно имеющимся в нашем распоряжении радиоуглеродным датировкам
сейчас можно утверждать, что в обнажениях «Белый Яр-I» и «Белый Яр-II» экспонированы одновозрастные накопления. Их формирование началось синхронно в каргинское (OIS 3) и закончилось в сартанское время (OIS 2).
Геохимия и минералогический состав отложений
По распределению петрогенных окислов разрез «Белый Яр» можно условно разделить на два типа. Первый тип представлен в нижней части разреза и его кровле. Для него характерно содержание SiO2 от 52 до 60%, повышенные концентрации Fe^. от 5 до 5,7%, карбонатной составляющей и TiO2, достигающего в верхней части разреза 1,05% (рис. 4). Соотношение Na2O и K2O примерно равное. Содержание P2O5 изменяется от 0,21 до 0,25%.
Вторым типом представлены отложения средней части разреза. Содержание SiO2 и Na2O3 в них более высокое, чем в первом типе, и составляет 66-71% и 2,7-2,9% соответственно. Остальные петрогенные окислы имеют более низкие значения. Петрохимиче-ские особенности отложений напрямую зависят от их минерального состава. В данном случае наблюдается зависимость от состава легкой и тяжелой фракции разреза «Белый Яр» и распределения в них петроген-ных окислов. В отложениях первого типа в легкой фракции преобладает биотит, в меньшем количестве - кварц и полевой шпат. Тяжелая фракция представлена практически наполовину амфиболом и в меньшей степени - эпидотом, гранатом и сфеном. Второй тип сложен в основном кварцем и менее - полевым шпатом и биотитом с тяжелой фракцией, представленной амфиболом, эпидотом, магнититом, гранатом и сфеном.
Рис. 4. Диаграммы основных петрогенных окислов отложений разреза «Белый Яр»
Отсутствие явных литологических и литохимиче-ских критериев для выделения почвенных горизонтов в разрезе «Белый Яр» позволяют сопоставлять эти отложения с отложениями верхней части разреза «Славин Яр». Наблюдается однотипное распределение литохимических модулей и индексов выветривания в обозначенной части разреза «Славин Яр» и всего разреза «Белый Яр». Таким образом, отложения разреза «Белый Яр» накапливались в наиболее холодный период сартанского времени (OIS 2), это подтверждается и полученными 14С-датировками.
Иркутский амфитеатр Сибирской платформы
Верхний неоплейстоцен южной, Предбайкальской части Иркутского амфитеатра рассмотрен нами на примере разреза «Усть-Одинский». Этот разрез по своему литолого-стратиграфическому строению, насыщенности отложений разнообразными палеонтологическими включениями является на данный момент одним из важнейших разрезов квартера Верхнего Приангарья.
Разрез «Усть-Одинский»
Разрез расположен на юге Иркутско-Черемховской равнины Сибирской платформы на правом берегу приустьевой части р. Китой в районе впадения в нее р. Оды.
Литолого-стратиграфическое строение
Обнажение «Усть-Одинское» вскрывает строение 25-метровой цокольной террасы р. Китой. На размытой субгоризонтальной поверхности юрских угленосных песчаников, выступающих на 1-1,5 м над урезом русла реки, здесь залегает верхнеплейстоценового возраста толща гетерогенных отложений с заключенными в них погребенными почвами.
Стратиграфическая схема отложений разреза «Усть-Одинский» выглядит следующим образом. Под профилем голоценовой почвы здесь залегают отложения сартанского криохрона (OIS 2). Их подстилают отложения каргинского возраста (OIS 3) с двумя хорошо выраженными погребенными почвенными горизонтами.
В работе А.Г. Филиппова с соавторами [9] датирование стратиграфических горизонтов было выполнено на основании палеонтологических и литологических данных, текстурно-структурных особенностей выделенных слоев. И лишь сравнительно недавно начали появляться первые абсолютные датировки отложений этого разреза. Х.А. Арслановым с коллегами радиоуглеродным методом были продатированы погребенные почвы, залегающие на глубине 4 м. Полученные 14С-даты (некалиброванные) 34190±1510 л.н. и 35480±820 л.н. [3] подтвердили выводы А.Г. Филиппова о каргинском (OIS 3) возрасте почв. Полученные нами, но уже по костям ископаемых млекопитающих, обнаруженных в этом слое, две близкие 14С-даты 34600±600 л.н. (AMS, OxA-25677, некалиброванная) и >29700 л.н. (ЛУ 6676) укрепили его геохронологическую характеристику.
В работе [9] погребенная почва, залегающая на глубине 8-10 м, не упоминается, однако ее ярко выраженный характер не позволяет сомневаться в уча-
стии процессов педогенеза при формировании данного слоя, относящегося, вероятнее всего, по нашему мнению, к раннекаргинскому времени (OIS 3). К сожалению, датировать его 14С-методом нам пока не удалось. Полученные нами из этого слоя 14С-датировки (>34200 ЛУ-7119 и >34500 ЛУ-7121) трудно использовать для геохронологического обоснования отложений разреза.
Под отложениями каргинского времени залегают пески, супеси и суглинки муруктинского похолодания (OIS 4), подстилаемые гидроморфными почвами и аллювием казанцевского времени (OIS 5) с ИК OSL возрастом 97100±11900 л.н. RLQG 2165-053.
Таким образом, в обнажении «Усть-Одинское» вскрывается наиболее полный разрез верхнего неоплейстоцена Иркутского амфитеатра Сибирской платформы, представлены все его хроностратиграфи-ческие подразделения в объеме стадий кислородно-изотопной шкалы.
Геохимия и минералогический состав отложений
Терригенные отложения разреза «Усть-Одинский» содержат от 49,5 до 69% SiO2 при незначительных вариациях Al2O3 (рис. 5). Следует отметить повышенные концентрации MgO, CaO и CO2 на глубине от 6 до 2,8 м - сартанский горизонт (OIS 2) и верхний горизонт каргинской погребенной почвы (OIS 3), что свидетельствует о присутствии карбонатных минералов в цементе или обломочной части породы. Отмечено незначительное преобладание Na2O над K2O, что характеризует источники сноса как породы среднего или основного состава при незначительном вкладе гранитного обломочного материала. Распределение TiO2 по разрезу неравномерное от 0,38 до 0,79%. Отметим высокие концентрации железа в нижней и верхней частях разреза и его вариации в средней части. Концентрации MnO и P2O5 не превышают 0,2% и достаточно равномерно распределены во всех типах пород. При общем сходстве петрохимического состава всех изученных обломочных пород разреза «Усть-Одинский» можно выделить горизонт в нижней части разреза (17,5 м) с наименьшим содержанием SiO2, минимальным количеством карбонатной составляющей и суммой щелочей при максимальных Al2O3, FeOобщ., MgO, TÍO2.
На основании алюмокремниевого (АМ) и гидроли-затного (ГМ) модулей (рис. 6), иллюстрирующих процессы выщелачивания и гидролиза, т.е. степени преобразования пород источников сноса в зоне гиперге-неза, можно судить о климатических изменениях во время образования изучаемых терригенных отложений. В основании разреза наблюдаются минимальные значения этих модулей, что свидетельствует о присутствии слабо выветрелого обломочного материала. Выше по разрезу наблюдается резкое увеличение этих модулей до максимальных значений относительно всех частей разреза. Это является показателем гумидизации климата и может служить подтверждением существования в казанцевское время (OIS 5) теплого гумидного климата с образованием мощного почвенного покрова.
Рис. 5. Диаграммы основных петрогенных окислов отложений разреза «Усть-Одинский»
В средней части разреза при заметном уменьшении значений этих модулей отмечается их неравномерное распределение по разрезу с различными вариациями (см. рис. 6). Объяснить динамичность поведения этих модулей возможно эпизодами потепления и педогенеза на фоне понижения температурных показателей в каргинское время (OIS 3). Выше по разрезу наблюдаются минимальные значения модулей, свидетельствующее о пике похолодания в сартанское время (OIS 2). В кровле разреза отмечен единичный положительный пик значения модулей, указывающий на протекание процессов почвообразования при общем холодном климате.
Выделенный ранее горизонт в нижней части разреза (17,5 м) на основе литохимических модулей (ФМ, ГМ, АМ) и высоких содержаний MgO (>3%) и TiO2 может быть отнесен к породам, образовавшимся в результате разрушения вулканических пород базитового состава.
В разрезе «Усть-Одинский» на основе литохимических модулей выделяется три уровня почвообразования. Для них характерны положительные пики алюмокремниевого, гидролизатного, железистого, фемического модулей, что свидетельствует о высокой степени химических преобразований пород в зоне гипергенеза и аккумуляции в осадках глинозема и железа. Преобладание в породе глинистых минералов над полевыми шпатами свидетельствует о протекании процессов выветривания в теплом гумидном климате и находит отражение в отрицательных пиках щелочного модуля (ЩМ) и модуля нормативной щелочности (НКМ).
Другим свидетельством процессов почвообразования является индексы химического выветривания
( CIW = [ АЮз/ (АЮз + CaO + Na2Û)] х 100 [14])
и изменения состава
( Fe2O3 + K2O + Na2O + , (ICV = 1 /AI2O3
1^+CaO + MgO + T1O2
[13]).
В первом случае оценивается изменение количества глинистой составляющей в результате выветривания относительно пород источника сноса. Величина его возрастает с ростом степени разложения исходных пород или осадков, т.е. с ростом степени вывет-релости материала палеоводосборов. Во втором случае индекс изменения состава ¡С^ отражает степень зрелости поступающего тонкозернистого материала.
Незрелые глинистые сланцы с высоким процентом силикатных минералов имеют значения ¡0^ более 1, тогда как более зрелые глинистые породы с большим количеством собственно глинистых минералов характеризуются ¡0^1. В нашем случае в выделенных почвенных горизонтах наблюдается закономерное увеличение индекса 0Ю и уменьшение индекса 10V, что свидетельствует о существенной роли глинистого материала в процессе образования осадков.
Следует отметить общую тенденцию уменьшения значений 0Ю и увеличение ¡0V вверх по разрезу, что свидетельствует о похолодании во время формирования осадков в средней и верхней частях разреза. Редкие экскурсы этих индексов свидетельствуют о незначительных периодах потепления в средней части разреза «Усть-Одинский». Согласно данным индексам существенное потепление климата отмечается в кровле разреза (2,6-0 м), где терригенные отложения характеризуются более высокими значениями 0Ю и низкими значениями ¡0V.
Гидролиэатный ГМ
Железистый ЖМ
Фемический ФМ
Титановый ТМ
Ал юмо кремниевый АМ
Нормативной щелочности НКМ
Щелочной [Щ
ад
С1Ш
1«
Условные обозначения
Разрез "Усть-Одинекий"
Разрез "Славин Яр"
Разрез "Белый Яр"
Рис. 6. Диаграммы показателей геохимических модулей и индексов отложений разрезов (СТА - палеоклимата, С1\/\/~ химического выветривания, ¡СУ - зрелости пород)
В составе легкой фракции псаммитовой размерности отложений разреза «Усть-Одинский» преобладает кварц и полевые шпаты, в составе тяжелой фракции доминируют амфиболы, минералы группы эпидота, пироксен. По всему профилю разреза отмечаются довольно высокие содержания турмалина (8,4-12,8%). В петрографическом составе валунных галечников из слоя 12 присутствуют граниты, жильный кварц, метаморфические породы, юрские песчаники и обломки углистого сланца.
Подобный минеральный состав обломочной фракции характеризует источники сноса, представленные гранитоидами фундамента и осадочными породами чехла Сибирской платформы. Среди источников сноса также можно предположить вулканомикто-вый материал основного состава.
Обсуждение результатов
Проведенные литогеохимические исследования отложений показали общность строения верхненео-плейстоценовых разрезов юга Сибирской платформы и Тункинской рифтовой долины, несмотря на различие геодинамических обстановок осадконакопления. Это свидетельствует о ведущей роли климатического фактора в комплексе процессов седиментогенеза рассматриваемых регионов, а не тектонического, как могло показаться на первый взгляд. Некоторые различия наблюдаются в минералогическом составе отложений, что напрямую связано с геологическим строением питающих провинций. Так, песчаная фракция отложений разреза «Усть-Одинский» (Сибирская платформа) представлена преимущественно кварцем и полевым шпатом. Для осадков Тункинской рифтовой долины основными породообразующими обломками являются кварц, слюды и в меньшей мере - полевой шпат. Акцессорные минералы также различны. Изучение минералогического состава обломков однозначно показало различия в составе пород питающих провинций. Для отложений верхнего неоплейстоцена Сибирской платформы источниками сноса служили породы ее фундамента и чехла. Отложения Тункинской рифто-вой долины образовались в результате разрушения метаморфизованных осадочно-вулканогенных комплексов Байкальской складчатой области.
Вариации геохимических характеристик терриген-ных отложений при постоянстве источников сноса обусловлены изменениями палеоклимата. В периоды похолодания преобладало физическое выветривание, при гумидизации климата в зоне гипергенеза происходит интенсивное изменение минерального состава отложений. Это связано с химическим выветриванием, сопровождаемым образованием большого объема глинистого материала.
Наиболее полным разрезом верхненеоплейстоце-новых отложений юга Сибирской платформы является «Усть-Одинский». Накопление его отложений происходило непрерывно в течение всех этапов верхнего неоплейстоцена: казанцевского (OIS 5), муруктинского (OIS 4), каргинского (OIS 3) и сартанского (OIS 2).
Изучение геохимических характеристик отложений этого разреза позволило проследить вариации палеоклимата в верхнем неоплейстоцене. В нижней ча-
сти разреза отложения характеризуются высокими значениями всех рассматриваемых модулей за исключением щелочного (ЩМ) и нормативной щелочности (НКМ) (см. рис. 6). Это свидетельствует о преобладании в этот период теплого гумидного климата. Этот вывод согласуется с данными А.Г.Филиппова с соавторами (1995), подтверждается и наличием в горизонте мощных черноземовидных палеопочв, развитие которых на юге Восточной Сибири в настоящее время фиксируется лишь в нескольких районах южного Забайкалья. Выше по разрезу наблюдается понижение значений всех модулей, кроме ЩМ и НКМ, которые в данном интервале имеют максимальные значения. Подобное распределение характеризует холодный климат, в данном случае муруктинского (OIS 4) похолодания. Два пика максимальных значений всех рассматриваемых модулей за исключением НКМ и ЩМ характеризуют интервалы потепления в каргин-ское время (OIS 3) и совпадают с формированием палеопочв в этих разрезах. Верхняя часть отложений разреза «Усть-Одинский» отличается резким понижением всех рассматриваемых модулей за исключением щелочного и в меньшей мере - НКМ. Эта часть разреза накапливалась в период сартанского похолодания (OIS 2).
Таким образом, полученные геохимические характеристики отложений разреза «Усть-Одинский» отражают вариации палеоклимата в позднем плейстоцене и могут быть использованы при корреляциях палеонтологически «немых» толщ и и/или слабо охарактеризованных геохронологически.
Наиболее представительным разрезом верхнего неоплейстоцена в пределах Тункинской рифтовой долины является «Славин Яр», который залегает на неогеновых конгломератах, резко отличающихся от вышележащих отложений более высокими значениями железистого и титанового модуля и более низкими - алюмокремниевого и щелочного модулей (см. рис. 6). При прочих равных условиях (расчлененность рельефа, состав пород палеоводосборов и т.п.) более высокие значения ЖМ и ТМ характеризуют теплый гумидный климат и хорошую степень сортировки обломочного материала при активном гидродинамическом режиме.
Резко выраженный минимум всех рассматриваемых модулей и индексов и повышенные значения щелочного модуля и индекса ICV в отложениях, залегающих непосредственно на неогеновых конгломератах (пачка валунных галечников и нижняя часть песчаной пачки), свидетельствуют о формировании этих отложений в условиях холодного, аридного климата, соответствующего муруктинскому времени (OIS 4). Смена климата с криоаридного на гумидный в разрезе «Славин Яр» согласуется с ростом всех литохимических модулей за исключением НКМ и ЩМ, для которых наблюдается четко выраженный минимум. В разрезе наблюдается два горизонта с подобными характеристиками. Эти пики соответствуют глубинам 6 и 11 м, характеризуя оптимумы каргинского времени (OIS 3). Еще выше по разрезу наблюдается закономерное уменьшение значений всех модулей за исключением
ЩМ и НКМ, что отражает наступление сартанского похолодания (OIS 2).
Другим разрезом в пределах Тункинской рифтовой долины является «Белый Яр». В нижней части разреза отложения отличаются высокими значениями лито-химических модулей за исключением НКМ и ЩМ. В совокупности с палеонтологическими и геохронологическими данными можно говорить о формировании нижней части отложений разреза в условиях сравнительно теплого климата каргинского времени (OIS 3). Резкое уменьшение значений всех рассматриваемых модулей и повышение НКМ и ЩМ выше по разрезу (см. рис. 6) указывают на резкое похолодание и наступление сартанского криохрона (OIS 2).
Заключение
Полученные из отложений изученных разрезов геохимические данные отражают региональные вариации палеоклимата на различных этапах седиментации. Наиболее высокими значениями литохимических модулей характеризуются отложения казанцевского времени (OIS 5) в разрезе «Усть-Одинский». Это свидетельствует о высокой степени химических преобразовании пород и аккумуляции в осадках глинозема и железа - показателей теплого гумидного климата. Выше по разрезу (до голоценового горизонта, OIS 1) во всех рассмотренных в настоящей работе местонахождениях наблюдается понижение значений всех модулей. Подобное распределение характеризует общее направленное ухудшение климатических усло-
Библиографический список
вий с казанцевского (OIS 5) до сартанского времени (OIS 2). На этом фоне наблюдаются два пика увеличения значений модулей на уровнях залегания горизонтов палеопочв каргинского времени, характеризующих оптимумы OIS 3.
В литолого-стратиграфическом строении верхнен-еоплейстоценовых разрезов юга Сибирской платформы и Тункинской рифтовой долины, несмотря на существенные различия геодинамических обстановок осадконакопления, наблюдаются многочисленные сходства: наличие базального крупнообломочного аллювия; уменьшение крупности гранулометрического состава отложений вверх по разрезу и замещение аллювиальных фаций отложений (примерно в средней части разрезов) субаэральными покровами; наличие на определенных стратиграфических уровнях горизонтов погребенных почв и криогенеза; близкий временной объем формирования отложений.
Литохимические особенности состава отложений рассмотренных разрезов также обнаруживают много общего при существенных различиях геологического строения питающих провинций и, как следствие, минералогического состава отложений.
Таким образом, на основании вышеизложенного можно судить о первичной роли в седиментогенезе рассмотренных регионов климатического фактора, а не тектонического.
Статья поступила 09.07.2014 г.
1. Антропогеновые отложения юга Восточной Сибири: труды ГИН АН СССР / Э.И. Равский, Л.П. Александрова, Э.А. Ван-генгейм, В.Г. Гербова, Л.В. Голубева. М., 1964. Вып. 105. 280 с.
2. Биостратиграфия верхнеплейстоценовых отложений Тункинской впадины / О.М. Адаменко, В.А. Белова, С.М. Попова, Р.С. Адаменко, Е.А. Пономарева, Л.И. Ефимова // Геология и геофизика. 1975. № 6. С. 78—85.
3. Каргинский мегаинтерстадиал Прибайкалья: геохронология и палеогеография / Х.А. Арсланов, Н.Е. Бердникова, Г.А. Воробьева, И.В. Енущенко, Д.В. Кобылкин, Ф.Е. Максимов, Ю.В. Рыжов, А.А. Старикова, С.Б. Чернов // Квартер во всем многообразии. Фундаментальные проблемы, итоги изучения и основные направления дальнейших исследований: мат-лы VII Всерос. совещания по изучению четвертичного периода (Апатиты, 12—17 сент. 2011 г.). Апатиты, 2011. Т. 1. С. 39—42.
4. Кульчицкий А.А., Осадчий С.С., Мишарина В.А. Результаты изучения песчаных отложений Тункинской впадины (разрезы Белый Яр I и II): мат-лы Иркутского геоморфологического семинара. Иркутск: Изд-во ИЗК СО РАН, 1994. С. 100— 103.
5. Новый опорный разрез верхнего кайнозоя «Славин Яр» в Тункинской рифтовой долине (Юго-Западное Прибайкалье) / А.А. Щетников, И.А. Филинов, И.В. Шибанова, И.М. Мащук, А.В. Сизов // Стратиграфия. Геологическая корреляция. 2009. Т. 17. № 4. С. 114—119.
6. Покатилов А.Г. Палеонтология и стратиграфия кайнозоя юга Восточной Сибири и сопредельных территорий. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2004. 275 с.
7. Попова С.М. Кайнозойская континентальная малакофауна юга Сибири и сопредельных территорий (систематический состав, биостратиграфия, история малакофауны, палеолимнология). М.: Наука, 1981. 188 с.
8. Уфимцев Г.Ф., Щетников А.А., Филинов И.А. Инверсии в
новейшей геодинамике Байкальской рифтовой зоны // Геология и геофизика. 2009. Т. 50. № 7. С. 796-808.
9. Филиппов А.Г., Ербаева М.А., Хензыхенова Ф.И. Использование верхнекайнозойских мелких млекопитающих юга Восточной Сибири в стратиграфии. Иркутск: Изд-во Вост-СибНИИГГиМС, 1995. 117 с.
10. Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Геохимические индикаторы литогенеза. Сыктывкар: Геопринт, 2011. 742 с.
11. A record of Holocene climate change from lake geochemical analyses in southeastern Arabia / A.G. Parker, A.S. Goudie, S. Stokes, K. White, M.J. Hodson, M. Manning, D. Kennet // Quaternary Research. 2006. V. 66. P. 465-476.
12. An evaluation of geochemical weathering indices in lo-essepaleosol studies / B. Buggle, B. Glaser, U. Hambach, N. Gerasimenko, S. Markovi'c // Quaternary International. 2011. V. 240. P. 12-21.
13. Cox R., Lowe D.R., Cullers R. The influence of sediment recycling and basement composition on evolution of mudrock chemistry in the southwestern United States // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1995. V. 59. P. 2919-2940.
14. Harnois L. The CIW index: A new chemical index of weathering // Sedimentary Geology. 1988. V. 55 (3-4). P. 319-322.
15. Late Quaternary geology of the Tunka rift basin (Lake Baikal region), Russia / A.A. Shchetnikov, D. White, I.A. Filinov, N. Rutter // Journal of Asian Earth Sciences. 2012. V. 46. P. 195208.
16. Nesbitt H., Young G. Early Proterozoic climates and plate motions inferred from major element chemistry of lutites // Nature. 1982. V. 299. P. 715-717.
17. Yang S., Ding F., Ding Z. Pleistocene chemical weathering history of Asian arid and semi-arid regions recorded in loess deposits of China and Tajikistan // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2006. V. 70. P. 1695-1709.
