УДК 546:027(42)+551.7(8)
ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ НЕОПРОТЕРОЗОЙСКИХ "ВЕНЧАЮЩИХ ДОЛОМИТОВ" ПАТОМСКОГО ПАЛЕОБАССЕЙНА
И ПРОБЛЕМА ИХ ГЕНЕЗИСА
© 2010 г. Б. Г. Покровский, Н. М. Чумаков, В. А. Мележик*, М. И. Буякайте
Геологический институт РАН 119017Москва, Пыжевский пер., 7, E-mail: pokrov@ginras.ru Геологическая служба Норвегии N-7491 Тронхейм, Лейв Эриксон, 39 Геобиологический центр, Университет г. Бергена, Норвегия Поступила в редакцию11.01.2010 г.
Характерной чертой многих ледниковых горизонтов позднего неопротерозоя является наличие "венчающих карбонатов" (ВК), залегающих без видимого перерыва на гляциогенных диамиктитах. Необычная ассоциация, особенности текстуры и структуры, а также нетипичные для морских карбонатов отрицательные значения 813С (—4 ± 2%е) породили длительную дискуссию о природе ВК, которые играют важную роль в гипотезе "Snowball-Earth" ("Земля-Снежок"). Согласно этой гипотезе, во время мощных неопротерозойских оледенений Земля полностью покрывалась льдом, а накопление ВК было связано с общепланетарным изменением геохимических процессов. В предлагаемой статье приводятся данные по химическому и изотопному (С, О, Sr) составу ВК, залегающих на ледниковых отложениях ничатской и большепатомской свит, сформированных в фациально различных частях неопротерозойского Патомского палеобассейна (Средняя Сибирь). Установленные в ВК высокие содержания железа (до 6400 мкг/г), марганца (до 2320 мкг/г) и радиогенного стронция (87Sr/86Sr0 до 0.7172) свидетельствуют о сильном влиянии континентального стока. Экстраординарная обстановка "Snowball-Earth" не является необходимым условием формирования ВК, геохимические и седиментологические особенности которых можно объяснить разгрузкой талых ледниковых вод в частично или полностью изолированные от Мирового океана приледниковые бассейны, периодическим вымораживанием последних и/или смывом "вымороженных" карбонатов с поверхности тающих ледников. Характерная тонкослоистая структура ВК может быть связана с сезонными процессами или климатическими циклами. Накопление ВК происходило на фоне общего, сравнительно длительного обеднения атмосферы и гидросферы 13С, которое не имеет прямого отношения к формированию ВК как специфического типа карбонатных осадков. Амплитуда и продолжительность отрицательного экскурса 813С в карбонатах, ассоциирующих с ранневендскими ледниковыми отложениями (665—635 млн лет), неизмеримо меньше отрицательной аномалии в породах жуинской серии, предположительно соответствующей событию "Шурам-Вонока" (~580—560 млн лет), которое, возможно, маркирует переломный этап предкембрийской дегляциации — массовую дестабилизацию метан-гидратов и деградацию ранневендской психросферы в океанах.
"Венчающими карбонатами" [Чумаков, 1978] или в англо-язычной литературе "cap carbonate" [Earth's Pre-Pleistocen Glacial..., 1981] около 30 лет назад стали называть сравнительно тонкие (редко более 5 м) горизонты характерных тонкослоистых карбонатных пород, залегающих обычно на ма-рино-гляциальных диамиктитах позднепротеро-зойского возраста без видимого перерыва. Эти породы часто именуют "кэп доломитами", но они редко являются чистыми доломитами и обычно содержат в большем или меньшем количестве кальцит и терригенный материал. Ниже мы будем использовать аббревиатуру ВК (венчающие карбонаты).
Распространенные на большой территории — нередко десятки и сотни тысяч км2 — ВК часто используются как региональные маркеры [Чумаков, 1978, 1993], однако механизм осаждения карбонатов непосредственно на ледниковые отложения и, следовательно, в условиях холодного климата до 90-х годов прошлого века обсуждался редко.
Интерес к генезису ВК резко усилился в связи с разработкой гипотезы "Snowball-Earth" ("Земля-Снежок"), согласно которой Мировой океан во время неопротерозойских оледенений полностью покрывался льдом [Hoffman et al., 1998]. Основанная на палеомагнитных данных, указываю-
щих на распространение неопротерозойских ледников в отдельных районах в очень низкие тропические и даже экваториальные широты [Kirschvink, 1992], эта гипотеза в последнее время нередко подвергается критике [Chumakov, 2003; Eyles, Januszczak, 2004; Allen, 2006; Чумаков, 2008 и др.]. Нельзя отрицать, однако, что некоторые неопротерозойские оледенения, которые оставили диамиктиты на многих континентах, были, возможно, самыми значительными в истории Земли.
Существует важное обстоятельство, усиливающее значение ВК как глобальных стратиграфических маркеров: эти породы характеризуются весьма однообразными, пониженными величинами 513С (обычно в интервале —2...—6%о), которые в фанерозое нередко характеризуют важнейшие биостратиграфические границы и связываются с глобальными изменениями природной среды: массовым вымиранием фауны, импактными событиями, глобальными вулканическими катастрофами и т.д. По подошве ВК, которые залегают на диамиктитах оледенения "Марино", или отрицательному экскурсу 513С, если типичные ВК в разрезе отсутствуют, в настоящее время предлагается проводить нижнюю границу эдиа-кария — последнего периода докембрийского эо-на [Knoll et al., 2004].
Природа ВК, так же, впрочем, как и природа отрицательных аномалий 513С, не установлены и продолжают вызывать дискуссии. В большинстве ранее опубликованных хемостратиграфических схем неопротерозоя отрицательные экскурсы 513С рассматривались как маркеры окончания оледенений и в тех случаях, когда они встречались вне ассоциации с ледниковыми отложениями [Kaufman, Knoll, 1995; Jacobsen, Kaufman, 1999, Halverson et al., 2005 и др.]. В результате интенсивного изучения неопротерозойских разрезов, которое проводилось в последнее десятилетие, были обнаружены, однако, явно не связанные с диамиктитами карбонатные горизонты, характеризующиеся значительно более низкими величинами 513С (-8.-12%) и неизмеримо большей, чем ВК, мощностью — в сотни метров. [Семихатов и др., 2004; Cozzi et al., 2004; Melezhik et al., 2005; Покровский и др., 2006а]. В свете этих открытий стало вероятным существование в неопротерозое по крайней мере двух различных типов отрицательных изотопно-углеродных аномалий, которые несут информацию о различных се-диментологических или палеоклиматических событиях.
Патомский палеобассейн - одно из немногих мест на Земле, где в едином разрезе представлены и классические венчающие доломиты, и карбонаты, которые мы будем для краткости называть "ультралегкими", имея в виду аномальное обед-
нение тяжелым изотопом углерода. В предлагаемой статье приводится сравнительная геохимическая характеристика этих пород и высказываются соображения об их генезисе.
ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ОЧЕРК
Патомский палеобасейн в первом приближении может быть разделен на две фациальные зоны: относительно глубоководный Патомский прогиб, который протягивается вдоль края Сибирской платформы, и прилегающую к прогибу на востоке более мелководную окраину Сибирской платформы, представленную в настоящее время наложенной Березовской впадиной. В данной статье мы опускаем общее описание геологического строения территории и литологического состава собственно гляциогенных диамиктитов, поскольку они детально рассмотрены в ряде публикаций [Чумаков, Красильников, 1991; Чумаков, 1993].
Ледниковые отложения известны в ряде мест вдоль окраины палеобассейна, однако наиболее детально они описаны в северо-восточной части прогиба — в приустьевых частях рек Ура и Большой Патом, где выделены в большепатомскую свиту мощностью до 1 км и в Березовской впадине на оз. Ничатка и рек Сен и Мокрый Кумукулах (правые притоки р. Чары), где выделены в ничат-скую свиту мощностью до 300 м (рис. 1). В восточной части прогиба, на р. Жуя, с ничатской и боль-шепатомской свитами коррелирует джемкукан-ская свита [Чумаков, 1993], сложенная главным образом терригенными отложениями: песчаниками, известковистыми песчаниками, филлито-видными и алевритистыми сланцами общей мощностью 400—800 м. В этой части прогиба диамиктиты встречаются в джемкуканской свите лишь изредка: на р. Большой Баракун и несколько южнее. Вдоль западной окраины Патомского бассейна джемкуканская свита сложена главным образом ледниковыми диамиктитами, на которых также залегают ВК.
Соотношения с вмещающими породами и ли-тологические особенности гляциогенных диа-миктитов большепатомской свиты, залегающих с небольшим краевым несогласием на неопротерозойских карбонатах мариинской свиты, позволяют считать, что они отлагались в глубоководной части шельфа и на склоне впадины, которая занимала центральную часть палеобассейна. Ничат-ская свита, залегающая в стратотипической местности на ранне-докембрийском кристаллическом фундаменте, по-видимому была сформирована в более мелководной обстановке в прибрежной части шельфа и, возможно, в узких заливах — фьордах [Чумаков, 1978, 1993].
Рис. 1. Схема распространения нижневендских ледниковых отложений на территории Патомского палеобассейна. 1 — большепатомская свита; 2 — ледниковые отложения в джемкуканской свите; 3 — ничатская свита. Точки опробования венчающих карбонатов: а — большепатомская свита; б — ничатская свита.
Субсинхронность формирования больше -патомской, ничатской и джемкуканской свит, которые занимают в разрезах Патомского прогиба и Березовской впадины сходное положение [Чумаков, 1993], никогда не вызывала сомнений, однако их возраст долго был и отчасти остается до настоящего времени предметом дискуссий. На основании изучения строматолитов, онколитов и катаграфий большепатомскую свиту, залегающую в основании дальнетайгинской серии, относили к среднему рифею [Журавлева и др., 1961; Дольник, Воронцова, 1974; Бобров, 1979]. Согласно иной, более поздней точке зрения, которая основывается на историко-геологических соображениях и подкрепляется геологическими корреляциями с отдаленными территориями, дальнетайгинская серия относится к периоду, который получил название "байкалий", с возрастными рамками от 850 до 650 млн лет [Хоментовский, 2002], а боль-шепатомская свита сопоставляется со стертским оледенением [Станевич и др., 2007; Хоментовский, 2008].
Данные, полученные в последнее время, убедительно свидетельствуют о
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.