УДК 550.93:551.72:552.54
ИЗОТОПНЫЙ СОСТАВ Sr В НИЖНЕПРОТЕРОЗОЙСКИХ КАРБОНАТНЫХ КОНКРЕЦИЯХ (ЗАОНЕЖСКАЯ СВИТА ЮГО-ВОСТОЧНОЙ КАРЕЛИИ)
© 2012 г. А. Б. Кузнецов, И. М. Горохов, В. А. Мележик*, Н. Н. Мельников, Г. В. Константинова, Т. Л. Турченко
Институт геологии и геохронологии докембрия РАН 199034 Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2;
E-mail: antonbor9@mail.ru *Геологическая служба Норвегии Leiv Eirikssons vei 39, N-7491 Trondheim, Norway Поступила в редакцию 08.02.2010 г.
Вулканогенно-осадочная заонежская свита людиковийского надгоризонта (около 2.0 млрд лет) содержит в средней части крупные карбонатные конкреции и линзы, расположенные в шунгитовых слоях. Карбонатные линзы и конкреции имеют преимущественно удлиненную и уплощенную форму, а их толщина варьирует от десятков сантиметров до первых метров. Некоторые линзы сохраняют реликты тонкой слоистости. Конкреции сложены кальцитом или доломитом и содержат много рассеянного органического вещества, а также слюду, тальк, хлорит, кварц и кристаллы пирита. В каль-цитовых конкрециях присутствует незначительная примесь доломита (отношение Mg/Ca 0.011 — 0.045), и они отличаются от осадочных известняков низким отношением Fe/Mn (0.3—2.1). Содержание Sr в большинстве образцов колеблется в интервале 385—505 мкг/г, и лишь в одном образце это содержание меньше (86 мкг/г). Rb—Sr систематика карбонатных конкреций изучалась с применением методики селективного растворения, которая включала обработку раствором ацетата аммония (АА-фракция) для частичного удаления вторичного карбонатного материала и последующее растворение остатка в уксусной кислоте (УК-фракция). В индивидуальных образцах кальцитов различие между измеренным отношением 87Sr/Sr в АА- и УК-фракциях кальцитов варьирует в пределах 0.0008—0.0033. Первичное отношение 87Sr/86Sr в УК-фракциях исследованных образцов колеблется от 0.7053 до 0.7162. Оно положительно коррелировано с отношением Mg/Ca и долей сили-кокластической примеси и отрицательно — с содержанием Mn. Конкреции формировались в обстановке погружения осадка, вероятно, при переходе от зоны с "мягкими" восстановительными условиями к зонам активной сульфатредукции и метаногенеза. В зоне сульфатредукции, где возникло большинство пирит-содержащих конкреций, осадок уже потерял геохимическую связь с поверхностным водным слоем и превратился в замкнутую или полузамкнутую систему. Здесь в ходе диагенеза радиогенный 87Sr освобождался из ассоциированных силикокластических минералов, что приводило к повышению первичного отношения 87Sr/86Sr в конкрециях до 0.7108—0.7162. Единичные же кальцитовые конкреции, не содержащие пирита (или содержащие минимальное его количество), вероятно, формировались в тонком поверхностном слое осадка выше зоны сульфатре-дукции и, таким образом, осаждали Sr, который находился в изотопном равновесии со Sr придонной воды. При этом крупные конкреции и карбонатные линзы с небольшим количеством силикокластической примеси могли, по-видимому, сохранять информацию о среде раннего диагенеза или даже седиментации. Первичное отношение 87Sr/86Sr в одном из таких образцов, в котором доля силикокластической примеси составляет 6.2%, позволяет дать максимальную оценку этого отношения (0.7053) в людиковийском палеобассейне.
Карбонатные конкреции и линзы широко распространены в песчано-глинистых осадках [Raiswell, 1971; Irwin et al., 1977; Hudson, 1978; Irwin, 1980; Wilkinson, Dampier, 1990; Klein et al., 1999; Mozley, Davis, 2005; Woo, Khim, 2006 и др.], но особенно часто они встречаются в тонкозернистых глинистых отложениях, обогащенных рассеянным органическим веществом, и "черных сланцах" [Curtis, 1980; Gautier, 1982; Scotchman, 1991; Fisher et al., 1998; Raiswell, Fisher, 2000; Lash,
Blood, 2004 и др.]. Во многих случаях конкреции сложены одним из распространенных карбонатных минералов — кальцитом, доломитом, сидеритом, анкеритом или высокомагнезиальным кальцитом, но встречаются случаи разнообразных изоморфных замещений [Raiswell, 1971; Леин и др., 1979; Nelson, Lawrence, 1984; Curtis et al., 1986; Fisher et al., 1998; Кулешов, 1999]. Формирование карбонатных конкреций происходит, как правило, в первичном поровом пространстве
осадка до его уплотнения, но некоторые типы конкреций образуются в затвердевших отложениях. Конкреции обнаружены в отложениях как морских [Mozley, 1989; Hendry et al., 2006], так и пресноводных обстановок [Кулешов, Штерен-берг, 1988; Smith, 1990; Pye et al., 1990; Moore et al., 1992; Fisher et al., 1998; Melezhik et al., 2007].
Большинство конкреций растет из единого центра, имеет зональное концентрическое строение [Mozley, 1989, 1996] и относится соответственно к зональному типу. Изменение изотопно-геохимических характеристик в различных зонах таких конкреций отражает постепенную смену химического состава поровых вод в ходе захоронения осадка [Raiswell, 1971; Coleman, Raiswell, 1981; Curtis et al., 1986; Fisher et al., 1998; Raiswell et al., 2002]. Однако цементация в осадке может происходить одновременно в нескольких пространственно сближенных центрах внутри небольшого объема. В этом случае формируются конкреции большего размера, которые превращаются в линзообразные тела более 1—2 м, или мегаконкреции. Такие линзы (мегаконкреции) не имеют четко выраженной границы с вмещающим осадком [Raiswell, Fisher, 2000; Mozley, Davis, 2005] и относятся к типу "сборных" или "сложных" (composite) образований, в которых отсутствует зональность. Рост крупных карбонатных конкреций в тонкозернистых осадках, вероятно, происходил в результате поступления углекислоты, генерированной при разложении рассеянного органического вещества в ходе микробиальных процессов. Распределение Mn и Fe и изотопный состав С и О в конкрециях могут в этом случае указывать на активность сульфатредуцирующих и/или метаногенерирующих микробиальных сообществ в зоне диагенеза [Irwin et al., 1977; Леин и др., 1979, 1989; Curtis et al., 1986; Mozley, Burns, 1993; Кулешов, 1999].
Многочисленные карбонатные конкреции, размер которых варьирует от нескольких сантиметров до первых метров, встречаются в ранне-протерозойских вулканогенно-осадочных породах людиковийского надгоризонта Юго-Восточной Карелии. Конкреции развиты в средней части заонежской свиты и заключены в шунгитах — уникальных кластических породах с высокой долей органического вещества (в среднем 25%) [Филиппов и др., 1995; Melezhik et al., 1999а]. Механизм формирования осадков, содержащих столь значительные концентрации органического вещества, еще не вполне понятен. В настоящей публикации представлены первые результаты изучения Rb—Sr систематики в карбонатных конкрециях заонежской свиты, проливающие свет на эволюцию изотопного состава Sr ранне- и поднедиаге-нетических флюидов в ходе формирования ран-непротерозойских осадков людиковийского бассейна.
ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ОБЗОР И СТРОЕНИЕ ЗАОНЕЖСКОЙ СВИТЫ
Нижнепротерозойский комплекс вулканоген-но-осадочных отложений Балтийского щита подразделяется на шесть неформальных литострати-графических единиц в ранге надгоризонтов: су-мий, сариолий, ятулий, людиковий, калевий и вепсий. Эта последовательность является одним из наиболее полных разрезов нижнего протерозоя и охватывает значительный интервал геологического времени — 2.55—1.65 млрд лет [Соколов идр., 1970; Салоп, 1973; Семихатов и др., 1991]. Терригенно-карбонатно-вулканогенные комплексы вскрыты в различных частях Балтийского щита: на севере — в Печенга—Имандра—Варзугг-ском поясе, на северо-западе — в поясах Кеми-Перапохья, Куасаамо и Кайну, на юго-западе — в районе Кийхтелюсваара, а также на юго-востоке — в Карельском кратоне. Наименее метаморфизо-ванные разрезы нижнего протерозоя расположены на юго-востоке щита — в Онежской структуре (рис. 1). Разрез нижнего протерозоя здесь начинается с сариолийских полимиктовых конгломератов, аркозовых песчаников и туфов основного состава, которые несогласно залегают на архейских гранито-гнейсах фундамента. Вышележащий ятулийский надгоризонт содержит в основании конгломераты, которые сменяются кварцито-выми песчаниками. В средней части надгоризонт сложен вулканогенными породами основного состава, а в верхней — пестроцветными терригенно-карбонатными отложениями туломозерской свиты. Людиковийские вулканогенно-осадочные породы залегают несогласно на ятулийских породах и несогласно перекрываются калевийскими граувакковыми песчаниками и алевролитами.
Людиковийский надгоризонт состоит из двух свит: осадочно-вулканогенной заонежской (800— 850 м) и туффито-базальтовой суйсарской (250— 300 м). Заонежская свита разделяется на нижнюю карбонатно-глинистую подсвиту (170-200 м) и верхнюю терригенно-пирокластическую базальтовую подсвиту (600—650 м). В нижней части (около 100—150 м) верхней подсвиты преобладают силикокластические и пирокластические породы, в наиболее мощной (около 450—500 м) средней части наряду с силикокластическими породами появляются прослои массивных базальтов и кремнистых пород (лидитов), а в кровле свиты присутствуют только витрокластические туфы и базальты. В верхней подсвите выделяют 9 маломощных (5—60 м) слоев шунгитовых пород, обогащенных Сорг [Геология ..., 1982; Филиппов идр., 1995]. Шунгиты сложены пирокластиче-скими туфами, тонкозернистыми песчаниками и алевролитами, среди которых встречаются прослои лидитов (до 5 м), небольшие (1—10 см) линзы кремней и карбонатных конкреций. Однако
Рис. 1. Схема расположения исследованного региона (а) и положение скважины Максово в северном Прионежье (б). 1 — архейский гранито-гнейсовый фундамент, 2 — сариолийские когломераты, 3 — ятулийские кварциты янгозерской свиты, 4 — ятулийская вулканогенная медвежьегорская свита, 5 — ятулийская карбонатная туломозерская свита, 6 — людиковийские вулканогенно-шунгитовая заонежская и суйсарская свиты, 7 — калевийская терригенная кондопож-ская свита.
главной особенностью шунгитовых пород является большое количество органического вещества, которое превышает 10—15% и может достигать 90-95%.
Залежи шунгитов являются уникальными не только для Балтийского щита, но и для всего раннего протерозоя. Шунгитовые по
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.