ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2010, № 5, с. 496-518
УДК 551
ГЛЯЦИОГЕННЫЕ И СВЯЗАННЫЕ С НИМИ ОСАДОЧНЫЕ ОБРАЗОВАНИЯ: ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ ЛИТОХИМИИ. СООБЩЕНИЕ 2. ПАЛЕОЗОЙ, КАЙНОЗОЙ
© 2010 г. А. В. Маслов
Институт геологии и геохимии УрО РАН 620075Екатеринбург, Почтовый пер., 7;
E-mail: maslov@igg.uran.ru Поступила в редакцию 20.07.2009 г.
В статье рассмотрены литохимические особенности гляциогенных и связанных с ними осадочных образований раннего и позднего палеозоя и кайнозоя различных регионов мира. Сопоставление валового химического состава диамиктитов с составом среднего постархейского австралийского сланца (PAAS) свидетельствует об отсутствии в указанных образованиях каких-либо специфических ли-тохимических характеристик, которые однозначно свидетельствовали бы в пользу формирования их в условиях холодного климата. Часто используемый при различных палеоклиматических реконструкциях индекс химического изменения (CIA) следует рассматривать как вспомогательный, хотя и достаточно важный инструмент, так как значения его определяются в основном локальными факторами. С учетом сказанного, по-видимому, нет оснований предполагать, что в составе позднепа-леозойских и кайнозойских гляциогенных образований присутствует больше переотложенного осадочного материала, чем в их раннепротерозойских и позднерифейско-вендских аналогах.
В истории Земли можно выделить три крупных климатических этапа — ранний и средний ар-хей, поздний архей—средний рифей, поздний ри-фей—фанерозой [Чумаков, 20046]. Для первого этапа оледенения, по всей видимости, были не характерны. На втором этапе они были редкими, эпизодическими, тогда как для третьего характерны частые и периодические оледенения. Наиболее крупными ледниковыми периодами, во время которых распространение ледников и связанных с ними образований было наибольшим, в истории нашей планеты являются конец позднего рифея (~740 млн лет назад), ранний венд (~600 млн лет), поздний ордовик (максимум ~440 млн лет), поздний палеозой (~290 млн лет назад) и поздний кайнозой. Пик последнего оледенения пришелся на плейстоцен [Чумаков, 2004б].
Задачей наших исследований являлся анализ химического состава гляциогенных и связанных с ними отложений широкого возрастного диапазона с целью выявления свойственных им общих и/или специфических черт, которые можно было бы использовать при различного рода сопоставлениях и обобщениях. В связи с ограниченностью объема статьи в ней приведены данные только по тем объектам, для которых в литературе имеются достаточно представительные аналитические материалы. Они сопоставлены с составом среднего постархейского австралийского глинистого сланца (РАА8) [Тейлор, МакЛеннан, 1988]. Еще одним инструментом исследований являлся анализ
присущих указанным образованиям значений химического индекса изменения (CIA = 100 х х Al2O3/(Al2O3 + CaO* + Na2O + K2O) [Nesbitt, Young, 1982]. Высокие значения CIA отражают преимущественное удаление в процессе химического выветривания в условиях теплого гумидно-го климата подвижных элементов (Ca2+, Na+ и K+) по сравнению с устойчивыми (Al3+ и Ti4+). Низкие величины CIA указывают на почти полное отсутствие химического выветривания и, следовательно, могут являться показателями холодного и/или аридного климата. Значения CIA для сильно выветрелых тропических глин составляют, по данным [Nesbitt, Young, 1982], более 80. Средние кратонные глинистые сланцы (постархейский австралийский — PAAS, североамериканский — NASC, Русской платформы — RPSC и др.) характеризуются значениями CIA порядка 70—75. Гляциальные аргиллиты имеют существенно меньшие величины данного параметра (~60—65), а в плейстоценовых тиллах, сформированных только за счет процессов физического ("механического") выветривания, значения CIA приближаются к 50.
В первом сообщении [Маслов, 2010] рассмотрены литохимические особенности позднеархей-ских, ранне- и позднепротерозойских (палео- и неопротерозойских) гляциогенных и связанных с ними осадочных образований, известных в разрезах надсерий Витватерсранд, Гурон, Трансвааль, Дальред, Хьюф и Мирбат, а также серебрянской и
сылвицкой серий Среднего Урала. Установлено, что они характеризуются весьма широким спектром значений CIA (например, для диамиктитов и тонкозернистого их матрикса значения данного индекса варьируют от 54—56 до 70—74) и достаточно разнообразным химическим составом. Наиболее высокой величиной CIA характеризуются диамиктиты верхнеархейской формации Коронейшн, что обусловлено преобладанием в их составе переотложенного осадочного материала.
По сравнению с PAAS диамиктиты формации Коронейшн заметно обеднены CaO, Na2O и K2O. Напротив, имеющие минимальные величины CIA диамиктиты неопротерозойских формаций Айн и Аркахол заметно обогащены Na2O, а по содержанию K2O практически не отличимы от PAAS. Диамиктиты формации Минерал Форк несколько обеднены Na2O, тогда как содержания CaO в них варьируют в ту и другую стороны. Диа-миктиты формации Порт Аскейг обогащены CaO и обеднены Na2O. Диамиктиты формации Фик, напротив, обеднены СаО, тогда как содержания Na2O в них в 1.2—1.9 раз выше, чем в PAAS. В тонкозернистом матриксе диамиктитов танинской свиты нижнего венда Среднего Урала заметного обеднения оксидами кальция, натрия и калия не отмечено.
В ассоциирующих с диамиктитами тонкозернистых терригенных породах (глинистых сланцах, алевроаргиллитах и аргиллитах) величины CIA существенно варьируют — от 60—62 до 69—76. Относительно PAAS они в большинстве случаев заметно обеднены СаО и в той или иной мере обогащены Na2O.
Приведенные данные свидетельствуют об отсутствии каких-либо специфических литохими-ческих характеристик, присущих докембрийским отложениям, которые по комплексу структурно-текстурных признаков являются несомненными гляциогенными образованиями.
Настоящее сообщение посвящено анализу аналогичных данных по ранне- и позднепалео-зойским, а также кайнозойским гляциогенным и связанным с ними осадочным образованиям.
РАННИЙ ПАЛЕОЗОЙ
На ранний палеозой пришлось третье (поздне-ордовикское) "великое оледенение", пик которого имел место около 440 млн лет назад. Ледниковые и связанные с ними отложения этого возраста широко распространены в Западной и Южной Африке, а также Южной Америке [Earth's..., 1981; Young et al., 2004]. Так, например, в Южной Африке, в западной части Капского складчатого пояса, гляциогенные породы, объединяемые в формацию Пэкуис (Pakhuis), присутствуют в верхней части ордовикской серии Тейбл Маунтин (Table
X
о «
«
<D (D
п s « ^ 8
р (D W и §
S
С
X
s
н
X
^
cd
S S
« lg
о « <D
« H
л « s
О л (D С
с дропстоунами и Л
Деформированные песчанистые диамиктиты
2
H з
4
Рис. 1. Обобщенный разрез отложений серий Тейбл Маунтин и Боккевелд, по [Young et al., 2004] с некоторыми упрощениями. На врезке показано взаимоотношение между формациями Пэкуис и Седарберг. 1 — песчаники; 2 — диамиктиты (с глинистым или песчанистым матриксом); 3 — глинистые сланцы и аргиллиты; 4 — кварцевые арениты; 5 — конгломераты.
Mountain) (рис. 1) [Visser, 1974; Rust, 1981; Young et al., 2004]. Суммарная мощность отложений формации Пэкуис достигает 150 м. Наличие хорошо выраженных песчаных клиньев и "структурированных грунтов" свидетельствует о континентальных обстановках накопления по крайней мере нижнего из двух присутствующих в разрезе формации пластов диамиктитов и о значительных сезонных вариациях температуры [Young et al., 2004]. Породы формации Пэкуис перекрываются и, по всей видимости, частично замещаются по простиранию отложениями формации Седарберг (Cedarberg), сложенной преимущественно аргиллитами.
Гляциогенные отложения формации Пэкуис подстилаются и перекрываются минералогически и химически весьма зрелыми песчаниками и аргиллитами [Visser, 1974; Marchant, Moore, 1978; Rust, 1981], для которых характерны высокие значения CIA (74—78) и относительное обеднение Ca и Na, что предполагает формирование их за счет материала, испытавшего существенное химическое выветривание [Young et al., 2004].
Средний химический состав диамиктитов формации Пэкуис в целом сходен с составом средней коры, но в них отмечены значительно более низкие содержания Na20. Значения CIA в ди-
Таблица 1. Медианные содержания (%) основных породообразующих оксидов и значения CIA в гляциогенных и ассоциирующих с ними отложениях формаций Пэкуис и Седарберг
Компоненты Формация Пэкуис, диамиктиты Формация Седарберг, аргиллиты
Мд СО Мд СО
SÍÜ2 66.35 0.98 53.17 6.85
TÍÜ2 0.61 0.10 0.91 0.36
Al2Ü3 11.38 2.25 20.33 4.94
Р®2°3общ 4.45 0.73 8.41 2.78
MnO 0.12 0.08 0.06 0.02
MgÜ 2.31 0.33 3.43 0.87
CaO 3.89 2.13 0.17 0.07
Na2O 0.05 0.19 0.06 0.03
K2O 3.76 0.52 5.41 1.31
P2O5 0.18 0.01 0.09 0.05
ппп 5.62 1.19 5.73 1.51
Сумма 99.16 0.47 98.23 0.75
CIA 51 14 76 1
n 5 11
Примечание. n — здесь и далее число проанализированных образцов.
амиктитах варьируют от 48—51 до 76, причем низкие величины этого показателя характерны для центральных частей пластов диамиктитов [Young et al., 2004]. Предполагается, что высокие значения CIA в некоторых образцах диамиктитов отражают присутствие в них выветрелого материала, мобилизованного из подстилающих пород.
Медианные содержания основных породообразующих оксидов в породах формаций Пэкуис и Седарберг, рассчитанные по данным работы [Young et al., 2004], приведены в табл. 1. По содержанию SiO2, TiO2, Al2O3, Fe2O3Qgw MgO, K2O и P2O5 диамиктиты формации Пэкуис близки к PAAS, но отличаются повышенным количеством CaO и существенно пониженным Na2O (рис. 2а). Аргиллиты формации Седарберг заметно обеднены оксидами кальция и натрия относительно PAAS (см. рис. 2б).
ПОЗДНИЙ ПАЛЕОЗОЙ
Одна из самых значительных биосферных перестроек в фанерозое пришлась на пермь и ранний триас [Климат ..., 2004]. Начало оледенения датируется серединой карбона, а максимальной ширины южный ледниковый пояс достиг в конце позднего карбона—начале ранней перми [Чумаков, 2004а]. В ассельском и сакмарском веках оледенение охватило высокие и средние палеоширо-
ты Южной Америки, Африки, Индии и Австралии (ледниковые щиты располагались
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.