CC BY
18
УДК 550.93:549.514.81 (234.83) DOI: 10.19110/2221-1381-2019-7-43-48
ВОЗРАСТ ВЕРХНЕЙ ЧАСТИ ДЕВОНСКОЙ ТУШОГЕИИОИ ТОЛЩИ СРЕДНЕГО ТИМАНА (Р. ПИЖМА) по РЕЗУЛЬТАТАМ U-Pb (SIMSl-ДАТИРОВАНИЯ ЦИРКОНОВ
В. С. Цыганко
Институт геологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар
tsyganko@geo.komisc.ru
Важной особенностью девонских отложений Тимана является наличие вулканитов базальтового состава. Изучены обогащенные туфовым материалом прослои в валсовской и устьчиркинской свитах на р. Пижме (Средний Тиман), из которых выделены цирконы. По результатам U-Pb-изотопного датирования цирконов получены датировки 376.8 ± 6.7 млн лет и 372.4 ± 8.3 млн лет соответственно. Эти датировки отвечают позднему франу и раннему фамену, что противоречит биостратиграфическим данным, согласно которым возраст пород позднеживетский и раннефранский. Предполагаемое омоложение возраста цирконов связывается с растянутым во времени процессом формирования самих кристаллов цирконов.
Ключевые слова: Средний Тиман, девон, базальт, туф, песчаник, циркон, возраст отложений.
AGE OF THE UPPER PART OF THE DEVONIAN TUFFOGENEOUS UNIT FROM THE MIDDLE TIMAN (THE PIZHMA RIVER)
ACCORDING TO THE RESULTS OF U-Pb (SIMS)-ZIRCON DATING
V. S. Tsyganko
Institute of Geology FRC Komi SC UB RAS, Syktyvkar
An important feature of the Devonian sediments in the Timan Ridge is that they contain basaltic volcanic rocks. The paper provides results of study of tuff-rich interlayers in the Valsovskaya and Ust'chirkinskaya Formations located in the Pizhma River (Middle Timan) from which zircons were extracted. U-Pb dating of zircons yielded the ages of 376.8 ± 6.7 Ma and 372.4 ± 8.3 Ma respectively. These ages correspond to Late Frasnian and Early Famennian and contradict the biostratigraphic data according to which the age of the rocks is Late Givetian and Early Frasnian. Rejuvenation of the zircon ages is supposed to be related to the time-extended crystallization of zircon crystals.
Keywords: Middle Timan, Devonian, basalt, tuff, sandstone, zircon, age of sediments.
Введение
Одной из важных особенностей девонских отложений Тимана является приуроченность к ним проявлений девонского базальтового вулканизма. Будучи изолированными друг от друга на территориях Северного, Среднего и Южного Тимана, вулканогенные породы занимают в целом огромные площади.
На Среднем Тимане вулканические породы входят в состав валсовской свиты, выделенной А. Е. Цап-линым [6, 7]. Изучением среднетиманских вулканитов в разное время занимались А. А. Малахов [2], В. П. Пономарев, Н. Ф. Иванов, В. Г. Черный, В. И. Шляхов, З. И. Цзю, В. И. Граф, М. И. Осадчук, В. С. Юдин, Л. Т. Белякова, В. А. Калюжный, В. М. Пачуковский, Н. В. Опаренков, А. М. Плякин [3], а также А. Б. Макеев, В. А. Лебедев и Н. И. Брянчанинова [1] и другие геологи. Большинство исследователей относили девонские вулканические породы к трапповой формации.
Геологическая позиция
девонских вулканитов
Осадочно-вулканогенные отложения валсовской свиты трансгрессивно залегают на породах лиственничной свиты или, реже, на более древних отложениях среднего девона или на метаморфических образованиях верхнего протерозоя. Их мощность и петрографический состав зависят от положения конкретных разрезов относительно центров вулканических извержений. Верхняя граница свиты приурочена к основанию базальных песчаников или алевролитов вышележащей цилемской свиты. В составе валсовской свиты выде-
ляются вулканические образования покровной и субвулканической фаций. Покровная фация представлена туфами и туффитами с прослоями туфогенно-оса-дочных и осадочных пород с примесью пирокластики, а также эффузивными породами — гиалобазальтами, мандельштейнами и афанитовыми базальтами, слагающими лавовые потоки и покровы мощностью от первых десятков сантиметров до 50 м. Афанитовые и мин-далекаменные базальты субвулканической фации слагают дайки, некки и силлы. Девонские породы разных вулканических фаций В. И. Граф (1978) относил к разным генетическим фазам — эксплозивной, субвулканической и эффузивной.
Вулканогенные образования валсовской свиты вместе с подстилающими породами яранской и лиственничной свит, а также перекрывающими отложениями цилемской и устьчиркинской свит ранее относились к нижнему франу в ранге коми надгоризонта [5]. Позже в связи с необходимостью приведения региональных и местных стратиграфических схем девона в соответствие с Международной шкалой девонской системы В. С. Цыганко отнес данный интервал разреза к среднему отделу системы [8].
В 1997 г. в ходе изучения разрезов девонской системы в бассейне р. Пижма Печорская В. С. Цыганко были исследованы выходы валсовской и устьчиркинской свит, сложенные базальтами, их туфами, туффитами, туфогенными песчаниками, а также проведено их опробование с целью определения возраста по цирконам (рис. 1).
Для датирования цирконов было выбрано две пробы — одна (обр. 243) из прослоя песчанистых ту-43
Рис. 1. Схема геологического строения среднего течения р. Пижмы: 1 — тектонические нарушения: достоверные (а), предполагаемые (b), 2 — обнажения, вскрывающие туфогенные породы (а), обнажения, из которых отобраны пробы для датирования цирконов (b)
Fig. 1. Schematic geological map of the middle course of the Pizhma River: 1 — faults: defined (a), approximate (b); 2 — outcrops of volcanogenic rocks (a); volcanogenic rocks sampled for zircon dating (b)
фов нижней части валсовской свиты (рис. 2, 3), а вторая (обр. 230) — из середины пачки песчаников с примесью туфового материала в нижней части устьчир-кинской свиты, отвечающей верхней части тиман-ского горизонта (рис. 3). В разрезах, содержащих рассматриваемые вулканогенные породы, были встречены отпечатки растений, обломки древесины, мио-споры (определения О. П. Тельновой), филлоподы, а также остатки позвоночных (определения А. О. Иванова), обитавших преимущественно в континентальных пресноводных и солоноватоводных водоемах.
Методика
Датирование цирконов из обр. 243 и 230 было выполнено с помощью прецизионного вторично-ионного микрозонда высокого разрешения БНЫМР-П в Центре изотопных исследований ВСЕГЕИ в Санкт-Петербурге. И-РЬ-анализ цирконов выполнялся по стандартной методике [10, http://geochron.vsegei.ru]. Цирконы изучались в проходящем и отраженном свете, а их внутреннее строение — в катодных лучах. Катодолюминесцентные изображения были получены на СашБсап МХ2500 с катодолюминесцентной си-
Рис. 2. Выходы песчанистых туфов валсовской свиты в обн. 47 Fig. 2. Outcrops of sandy tuffs of Valsovskaya formation (47)
Vesùuk IG Komi SC UB RAS, July, 2019 г., № 7
s Ю Q
Ярус Горизонт Свита Л H о о аз В о s р.Печор- ская Пижма, обн. 47 & ce Л CD S О И Примечание
237 Филлоподы
§
« о аз —Т—/—
&
S н о
о аз ^ ^ ^ ^ 236
О 1—I Т X Т XX
£ £ + i Филлоподы
X - X -X 235
—. '-гте-тп. :=
H о у, Vx"Vxx 234
g
-
Т X Т 239 Туф
S M
о й PQ —X—I—L
Geminospora rugosa
s X Т X Т
M о 242 Acanthotriletes pusillites Archaeozonortitetes reticulatus
PQ О X Т х Т
О § PQ Ццщк ® Spelaeotriletes bellus? Asterolepis radiata
« (TÏTÏ
s « о Он 57 о эщ
£ tí о" (N 244 Geminospora rugosa Geminospora micromanifesta Spelaeotriletes bellus
А X X
S
то аз F s аз аз
111
-----—
CD —О-^-ъ-^-п-^-
PQ
о / S
S Ч Xх
« о ч А А
S i in Y V А к
О Е о Он А / v V ч А /ч
ей Y Y A А
* ( X X
Y X
р.Печор-
екая Пижма, обн. 46
ТГ-Т*-
ю
о &
d Он
<L>
s
о X
Примечание
2
Xv X I
у
2
Хх *х,
Ху Х у
Va v Xх X х
Задерновано
233
232 231
(230)
229
Отпечатки растений, редкие кости рыб
Филлоподы, крупные кости рыб
Janiosteus sp.
X У
X X
X X
X T X
T X T
X T X
Рис. 3. Стратиграфическая колонка отложений, вскрытых в обн. 47 и 46: 1 — песчаники, 2 — туфогенные песчаники, 3 — алевролиты, 4 — аргиллиты, 5 — глины
Fig. 3. Stratigraphic columns of the outcrop 47 and 46: 1 — sandstone, 2 — tuffaceous sandstone, 3 — siltstone, 4 — mudstone, 5 — clay
стемой CLI/QUA2, Bentham. Построение диаграмм с конкордией и расчет средних конкордантных возрастов осуществлялся с использованием программы ISOPLOT/EX [9].
Результаты датирования цирконов
Цирконы из песчанистых туфов валсовской свиты (обр. 243) представлены идиоморфными, сильно удлиненными бипирамидально -призматиче -скими кристаллами. Часть их характеризуется хорошо образованными дипирамидными головками. Коэффициент их удлинения составляет от 3 до 7. Катодолюминесцентные изображения (рис. 4.1—4.12) демонстрируют четкую тонкую осцилляционную зональность роста. В центральных частях некоторых зерен (рис. 4.1—4.3, 4.8, 4.12) видны черные крупные включения или нарушенные участки.
Результаты U-Pb-датирования цирконов из обр. 243 представлены в табл. 1 и на рис. 5, А. Было про-
анализировано 12 зерен (15 аналитических кратеров). Удержания U в цирконах находятся в пределах 68—394 ppm, величина отношения ^та/23^ — 0.38—1.74. Диапазон возрастов, полученных по изотопному отношению ^^Ь/23^, составляет 351—411 млн лет, за исключением зерна № 9 (аналитический кратер 9.1), возраст которого получился средне-рифейским — 1063 ± 23 млн лет. Рассчитанный по 14 анализам средний конкордантный возраст цирконов составляет 376.8 ± 6.7 млн лет (95 %, СКВО = = 0.018).
Цирконы из песчаников с примесью туфового материала устьчиркинской свиты (обр. 230) представлены идиоморфными бипирамидально-призматическими кристаллами (рис. 4.13—4.16) с коэффициентом удлинения 2—3. На катодолюминесцентных изображениях видна тонкая осцилляционная зональность и наличие в трех из четырех исследованных зерен черных нарушенных участков в центральной части цирконов.
m
Л
'47/243.5.2
%
\\
47/243.5.1
47/243,9,1*
О
9
46/230.1.1
46/230
ОО
13
ВД230. 1.2
«
47/243.6.1
О
Л ' 47/243.6.2 6
47/243.10.1
О
ЛС"
s
10
1
M
\ 47/243.11.1
\о '
ЧЛ
ч1
11
46/230.2.1
Ç ) 46/
230.2.3 46/230.2.2
14
46/230.3.1
О
15
46/230.4.1
О
16
Рис. 4. Катодолюминесцентные изображения цирконов с аналитическими кратерами: 1—12 — из обр. 243; 13—16 — из обр. 230.
Номера аналитических кратеров соответствуют номерам в таблице
Fig. 4. Cathodoluminescent images of zircons with analytical spots: 1—12 from sample 243; 13—16 — from sample 230. The last two or
three digits in the spot number correspond to the numbers in table
Результаты И-РЬ-датирования цирконов из пробы 230 представлены в табл. 1 и на рис. 5, Б. Было проанализировано 4 зерна (8 аналитических кратеров). Содержания И в цирконах находятся в пределах 47—245 г/т, величина отношения 232Т^/238И — 0.61 — 1.20. Полученные по 5 определениям 206РЬ/238И-возрасты образуют интервал 361—389 млн лет со средним конкордантным возрастом 372.4 ± 8.3 млн лет (2а, СКВО = 0.0098). Для двух зерен (№ 3 и 4) получены ранневендский и раннекембрийский возрасты — 580 ± 12 и 530 ± 12 млн лет соответственно, а возраст краевой части зерна № 1 (кратер 1.3) составляет 327.6 ± 8.8 млн лет, что соответствует раннему карбону.
Обсуждение результатов
Согласно Международной временной геологической шкале (2008 г.), полученные возрастные конкор-дантные уровни приходятся соответственно на поздний фран и ранний фамен. Однако присутствующие в данных разрезах палеонтологические остатки исключают такую вероятность (рис. 3). В то же время в обоих образцах среди частных замеров возраста имеются результаты, очень близкие к реальным. В обр. 243 это точка 5.1, а в обр. 230 — точки 1.2 и 2.2 (см. таблицу). Одной из возможных причин существенного омоложения конкордантного возраста является растянутый во времени процесс формирования самих кристаллов цирконов в результате значительной продолжительности процесса остывания эффузивов и вмещающих их пород.
Таблица 1. Результаты и-РЬ-датирования цирконов из туфогенных пород в бассейне р. Пижмы (Средний Тиман)
Table 1. U-Pb-ages of zircons from tnffogenous rocks in the basin of the Pizhma River (Middle Timan)
Аналитический кратер Analytical spot Изотопные отношения / Isotope ratios Возраст / Age
206Pbc, % U, г/т Th, г/т 232Th 238U 206pb*, г/т 238U 206 pb* ±% 207pb* 206 pb* ±% 207pb* 235U ±% 206pb* 238U ±% Rho 206Pb 238U млн лет / Ma
Обр. 243 / Sample 243
1.1 0.54 200 207 1.07 10.1 17.16 2.3 0.0539 6.6 0.433 7.0 0.0583 2.3 0.33 365.2 ± 8.2
1.2 0.11 274 340 1.28 15.2 15.50 2.3 0.0552 2.8 0.491 3.6 0.0645 2.3 0.64 403.0 ±9.1
2.1 0.36 246 92 0.39 14.0 15.20 2.4 0.0559 4.0 0.507 4.6 0.0658 2.4 0.51 410.8 ±9.4
3.1 0.04 128 83 0.67 6.7 16.49 2.4 0.0545 3.5 0.456 4.2 0.0606 2.4 0.57 379.5 ± 8.9
4.1 0.88 68 70 1.06 3.8 15.78 2.7 0.0489 11.0 0.427 12.0 0.0634 2.7 0.24 396.0 ±10.0
5.1 0.35 199 181 0.94 10.6 16.19 2.3 0.0553 4.4 0.471 4.9 0.0618 2.3 0.46 386.3 ± 8.6
5.2 0.44 208 170 0.85 10.0 17.89 2.3 0.0517 7.0 0.398 7.3 0.0559 2.3 0.32 350.7 ± 8.0
6.1 0.23 394 606 1.59 20.4 16.65 2.2 0.0538 2.9 0.446 3.6 0.0601 2.2 0.60 376.1 ± 8.0
6.2 0.75 386 648 1.74 20.3 16.45 2.2 0.0506 6.1 0.424 6.5 0.0608 2.2 0.34 380.4 ± 8.2
7.1 1.20 105 80 0.78 5.4 17.11 2.6 0.0481 13.0 0.388 13.0 0.0585 2.6 0.21 366.2 ± 9.4
8.1 0.56 152 109 0.74 8.0 16.53 2.4 0.0516 6.4 0.430 6.8 0.0605 2.4 0.35 378.6 ± 8.7
9.1 0.00 79 30 0.38 12.2 5.58 2.4 0.0795 2.1 1.965 3.2 0.1792 2.4 0.75 1063.0 ±23.0
10.1 0.46 178 272 1.58 8.8 17.49 2.3 0.0551 5.1 0.434 5.6 0.0572 2.3 0.41 358.5 ± 8.1
11.1 0.58 115 175 1.57 6.0 16.60 2.4 0.0550 6.2 0.457 6.7 0.0602 2.4 0.37 377.1 ± 8.9
12.1 1.13 57 35 0.64 2.9 16.94 2.8 0.0491 12.0 0.400 13.0 0.0590 2.8 0.22 369.7 ±10.0
Обр. 230 / Sample 230
1.1 1.98 50 53 1.08 2.6 17.25 3.2 0.0460 22.0 0.365 22.0 0.0580 3.2 0.14 363.0 ±11.0
1.2 1.81 47 50 1.10 2.6 16.06 3.0 0.0556 17.0 0.477 18.0 0.0623 3.0 0.17 389.0 ±11.0
1.3 1.10 68 47 0.71 3.1 19.18 2.8 0.0459 13.0 0.330 13.0 0.0521 2.8 0.21 327.6 ± 8.8
2.1 0.56 156 93 0.61 8.1 16.78 2.4 0.0584 5.5 0.480 6.0 0.0596 2.4 0.39 373.2 ± 8.6
2.2 1.44 245 181 0.76 13.0 16.44 2.3 0.0474 11.0 0.398 11.0 0.0608 2.3 0.22 380.7 ± 8.6
2.3 0.55 197 140 0.73 9.8 17.37 2.3 0.0525 6.1 0.417 6.6 0.0576 2.3 0.36 360.9 ± 8.2
3.1 0.28 239 277 1.20 19.4 10.63 2.2 0.0599 2.8 0.777 3.6 0.0941 2.2 0.62 580.0 ±12.0
4.1 0.46 170 131 0.80 12.6 11.67 2.3 0.0593 4.3 0.700 4.9 0.0857 2.3 0.47 530.0 ±12.0
Примечание. Ошибка в калибровке стандарта — 0.68 %. 206РЬС и 206Pb* — обыкновенный и радиогенный свинец. Изотопные отношения и содержания 206РЬ скорректированы по измеренному 204Pb. Rho — коэффициент корреляции между ошибками определения изотопных отношений 206Pb/238U и 207Pb/235U. Приведенные погрешности соответствуют 1<т.
Note. Error in the calibration of standard 0.68 %. 206Pbc и 2<>брь* — common and radiogenic lead. The isotopic ratios and contents of206Pb are corrected for the measured 204Pb. Rho — correlation coefficient between errors of determining isotopic ratios 206Pb/238U and 207Pb/235U. Errors correspond to la.
Рис. 5. Диаграммы с конкордией для цирконов из обр. 243 (А) и 230 (B). Средний конкордантный возраст для цирконов: обр. 243 - 376.8 ± 6.7 млн лет (95 %, СКВО = 0.018, N = 14), обр. 230 - 372.4 ± 8.3 млн лет (2а, СКВО = 0.0098, N = 5). Эллипсы погрешностей соответствуют 2а
Fig. 5. Diagrams with concordia for zircons from sample 243 (A) and 230 (B). Mean concordant age for zircons: sample 243 — 376.8 ± 6.7 Ma (95 %, MSWD = 0.018, N = 14), sample 230 — 372.4 ± 8.3 Ma (2а, MSWD = 0.0098, N = 5). Error ellipses
are 2а
Автор выражает благодарность сотруднику ВСЕГЕИ С. Л. Преснякову за выполненные анализы возраста тиманских цирконов.
Литература
1. Макеев А. Б., Лебедев В. А., Брянчанинова Н. И. Магматиты Среднего Тимана. Екатеринбург: ИГ Коми НЦ УрО РАН, 2008. 311 с.
2. Малахов А. А. Геология Среднего Тимана и Западного Притиманья. М.-Л.: Гостоптехиздат, 1940. 114 с.
3. Плякин А. М. Магматические комплексы // Тиман-ский кряж. Т. 2. Литология. Геофизическая характеристика земной коры, тектоника, минерально-сырьевые ресурсы. Ухта: Ухтинский гос. технический университет, 2011. С. 92— 105.
4. Разницын В. А. Тектоника Среднего Тимана. Л.: Наука, 1968. 221 с.
5. Решение Межведомственного регионального стратиграфического совещания по среднему и верхнему палеозою Русской платформы. Ленинград, 1988. Девонская система. Л.: МСК, 1990. 60 с.
6. Цаплин А. Е. Основные черты строения яранской и лиственничной свит нижнего франа в северо-западной ча-
сти Среднего Тимана // Известия высших учебных заведений. Геология и разведка. 1984. № 6. С. 15—20.
7. Цаплин А. Е., Сорокин В. С. Франский ярус Среднего Тимана. Ухта: УГРЭ, 1988. 54 с.
8. Цыганко В. С. Девон Тиманской гряды: основные черты строения и ресурсный потенциал // Проблемы геологии и минералогии. Сыктывкар: Геопринт, 2006. С. 365—384.
9. Ludwig K. R. User 's manual for Isoplot/Ex, Version 2.10, A geochronological toolkit for Microsoft Excel. Berkeley Geochronology Center Special Publication No. 1a, 2455 Ridge Road, Berkeley CA 94709, USA. 1999.
10. Williams I. S. U-Th-Pb Geochronology by Ion Microprobe. In: McKibben, M. A., Shanks III, W. C. and Ridley, W. I. (eds), Applications of microanalytical techniques to understanding mineralizing processes, Reviews in Economic Geology. 1998. Vol. 7. P. 1—35.
References
1. Makeev A. B., Lebedev V. A., Bryanchaninova N. I. Magmatity Srednego Timana (Magmatites of Middle Timan). Ekaterinburg: Institute of geology Komi SC UB RAS, 2008, 311 pp.
2. Malakhov A. A. Geologiya Srednego Timana i Zapadnogo Pritimanya (Geology of Middle Timan and Western Timan). Moscow-Leningrad: Gostoptekhizdat, 1940, 114 pp.
3. Plyakin A. M. Magmaticheskie kompleksy. Timanskij kry-azh. T. 2. Litologiya. Geofizicheskaya harakteristika zemnoj ko-ry, tektonika, mineral'no-syr'evye resursy (Magmatic complexes. Timan Ridge. V. 2. Lithology. Geophysical characteristics of the earth's crust, tectonics, mineral resources). Uhta: Uhtinskij gos. tekhnicheskij universitet, 2011, pp. 92—105.
4. Raznitsyn V. A. Tektonika Srednego Timana (Tectonics of Middle Timan). Leningrad: Nauka, 1968, 221 pp.
5. Reshenie Mezhvedomstvennogo regionalnogo stratigra-ficheskogo soveshchaniya po srednemu i verhnemu paleozoyu Russkoj platform (Decision of the Interagency Regional Stratigraphic Meeting on the Middle and Upper Paleozoic of the Russian Platform). Leningrad, 1988, Devonian system. Leningrad: MSK, 1990, 60 pp.
6. Tsaplin A. E. Osnovnye cherty stroeniya yaranskoj i list-vennichnoj svit nizhnego frana v severo-zapadnoj chasti Srednego Timana (The main structural features of Lower Frasnian Yaranskaya and Listvennichnaya formations in the north-western part of Middle Timan). Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Geologiya i razvedka, 1984, No. 6, pp. 15—20.
7. Tsaplin A. E., Sorokin V. S. Franskijyarus Srednego Timana (Frasnian stage in Middle Timan). Uhta: UGRE, 1988, 54 pp.
8. Tsyganko V. S. Devon Timanskoj gryady: osnovnye cherty stroeniya i resursnyj potencial. Problemy geologii i mineralogii (Devonian rocks of the Timan ridge: main features of structure and resource potential. Problems of geology and mineralogy). Syktyvkar: Geoprint, 2006, pp. 365—384.
9. Ludwig K. R. User's manual for Isoplot/Ex, Version 2.10, A geochronological toolkit for Microsoft Excel. Berkeley Geochronology Center Special Publication No. 1a, 2455 Ridge Road, Berkeley CA 94709, USA. 1999.
10. Williams I. S. U-Th-Pb Geochronology by Ion Microprobe. In: McKibben, M. A., Shanks III, W. C. and Ridley, W. I. (eds) / Applications of microanalytical techniques to understanding mineralizing processes, Reviews in Economic Geology, 1998, V. 7, pp. 1—35.
