СТРАТИГРАФИЯ. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ КОРРЕЛЯЦИЯ, 2008, том 16, № 3, с. 3-25
УДК [548.3+549+550.93]:552.52(474.5)
МЕССБАУЭРОВСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, МИНЕРАЛОГИЯ И ИЗОТОПНЫЙ ВОЗРАСТ (Rb-Sr, K-Ar) ВЕРХНЕРИФЕЙСКИХ ГЛАУКОНИТОВ УКСКОЙ СВИТЫ
ЮЖНОГО УРАЛА
© 2008 г. Т. С. Зайцева*, И. М. Горохов*, Т. А. Ивановская**, М. А. Семихатов**, А. Б. Кузнецов*, Н. Н. Мельников*, М. М. Аракелянц***, О. В. Яковлева*
* Институт геологии и геохронологии докембрия РАН, Санкт-Петербург ** Геологический институт РАН, Москва ***Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН, Москва Поступила в редакцию 13.07.2007 г., получена после доработки 28.08.2007 г.
Выполнено комплексное минералогическое, мессбауэровское и изотопно-геохронологическое изучение глобулярных слоистых силикатов (ГСС) глауконитового ряда из укской свиты - второй сверху в стратотипе верхнего рифея на Южном Урале. Образцы отобраны в пределах Алатауского ан-тиклинория - западной структурно-фациальной зоны Башкирского мегантиклинория - в двух удаленных друг от друга разрезах свиты: Куртаза и Кулмас. Показано, что мономинеральные размерные и плотностные фракции глобул представлены Al-разновидностью глауконита, приведены его структурно-кристаллохимические характеристики. Впервые изотопное датирование (Rb-Sr и K-Ar методы) глауконитов укской свиты проведено в сочетании с моделированием распределения катионов в их структуре и сопоставлением полученных результатов с данными мессбауэровской спектроскопии. Использованный при моделировании подход основан на том, что формирование и преобразование Rb-Sr и K-Ar систем в глауконитах синхронны с этапами структурной эволюции последних, которые определяются событиями геологической и геохимической истории осадочных толщ. Он позволяет разграничить стратиграфически значимые изотопные датировки, отвечающие времени образования глауконита на стадии раннего диагенеза (приближенного во времени к осад-конакоплению), и "омоложенные" датировки, отражающие возраст последующих геологических событий. Сопоставление результатов моделирования распределения катионов и данных мессбауэровской спектроскопии позволяет утверждать, что Rb-Sr (663 ± 9 млн. лет) и K-Ar (669 ± 16 млн. лет) датировки укских глауконитов фиксируют время раннего диагенеза осадков и пригодны для оценки возраста укской свиты. Полученный возраст имеет как межрегиональное, так и более общее значение и должен учитываться при построении кривой вариаций изотопного состава Sr в позднерифей-ском океане.
Ключевые слова. Rb-Sr и K-Ar возраст, мессбауэровская спектроскопия, глауконит, рифей, Южный Урал.
ВВЕДЕНИЕ
Изотопно-геохронологические методы являются неотъемлемой частью хроностратиграфи-ческого подхода к расчленению докембрия. Этот подход опирается на всесторонний анализ отложений в стратотипических и опорных разрезах и предполагает получение комплексной характеристики выделенных подразделений и их границ. В этой связи особый интерес приобретает датирование осадочных минералов-геохронометров (карбонатов и глауконитов), которые образовались in situ и позволяют получать прямую информацию о времени накопления осадочных последовательностей. Однако эффективность изотопного датирования этих геохронометров определяется степенью их постдиагенетических преобразова-
ний, связанных с особенностями литогенеза датируемых серий.
Для осадочных пород стратотипа верхнего рифея - каратавской серии Южного Урала - к настоящему времени опубликовано несколько десятков K-Ar и Rb-Sr датировок глауконитов (Гар-рис, 1964, 1977; Гаррис и др., 1964; Стратотип рифея..., 1983; Горожанин, 1986; Горожанин, Ку-тявин, 1986; Семихатов и др., 1987, Зайцева и др., 2000). Однако эти данные, относимые к одним и тем же литостратиграфическим единицам, нередко существенно отличаются друг от друга. В предлагаемой статье на примере верхнерифей-ских глауконитов укской свиты Южного Урала предложен новый подход к оценке их хронометрического потенциала, основанный на минерало-
го-геохимических, мессбауэровских и изотопно-геохронологических исследованиях. Впервые для укских глауконитов проведено моделирование распределения катионов, результаты которого вместе с данными мессбауэровской спектроскопии позволили оценить стратиграфическое значение полученных Rb-Sr и K-Ar датировок и показать, что они отвечают времени раннего диагенеза вмещающих осадков, приближенного во времени к осадконакоплению.
ГЛАУКОНИТ КАК ОСАДОЧНЫЙ ГЕОХРОНОМЕТР
С проблемой интерпретации геологического значения K-Ar и Rb-Sr датировок глауконита исследователи столкнулись уже в 50-е годы прошлого века, когда этот минерал стал широко использоваться в качестве изотопного геохронометра (Wasserburg et al., 1956; Lipson, 1956; Cormier, 1956; Curtis, Reynolds, 1958; Амирханов и др., 1957; Казаков, Полевая 1958; Сардаров, 1958; Рубинштейн, 1959 и др.). Результаты во многих случаях находились в хорошем согласии с биостратиграфическими данными или с датировками для близких по возрасту магматогенных пород. Однако наряду с этим были получены как "удрев-ненные", так и "омоложенные" возрастные значения, которым требовалось найти объяснение и выявить критерии пригодности глауконита для датирования.
"Удревненные" датировки объяснялись присутствием переотложенных зерен глауконита из более древних осадочных отложений (Николаева, 1977, 1986; Логвиненко, 1980 и др.), использованием для определения изотопного возраста недостаточно чистого в минералогическом отношении материала (например, примеси хлоритизированного биотита) (Казаков, 1964), наличием неперекри-сталлизованного терригенного материала в пределах глобул (Рубинштейн, 1967; McDougall, 1976) и наследованием радиогенных изотопов от минералов-предшественников. Выполненные в последние десятилетия исследования механизма наследования радиогенных элементов мезо-кай-нозойскими глауконитами (Odin, Dodson, 1982; Keppens et al., 1984; Clauer et al., 1992a, b, 2005; Stille, Clauer, 1994) действительно показали, что стратиграфически ценные возрастные значения могут быть получены только для тех зерен, в которых процесс глауконитизации на ранней стадии диагенеза, выражающийся, в частности, в значительном росте содержания калия, завершен или недалек от завершения.
В качестве причин "омоложения" глауконитов рассматривались постдиагенетические нарушения их K-Ar и Rb-Sr изотопных систем, связанные с фиксацией материнских элементов разбухаю-
щими слоями минералов, и/или диффузионной или ионообменной потерей радиогенных продуктов (Hurley et al., 1960; Апруб, Левский, 1976; Кац и др., 1974). Событиями, приводящими к "омоложению", обычно считались либо погружение гла-уконитсодержащих осадков и связанное с ним изменение физико-химических параметров среды (давление, температура, состав поровых растворов и др.), либо слабые динамо-термальные воздействия (Odin, 1982). Однако многие толщи, содержащие "омоложенный" глауконит, не дислоцированы и никогда не погружались на глубину более 1-1.5 км (Семихатов и др., 1987; Laskowski et al., 1980; Grant et al., 1984; Morton, Long, 1984). В пользу низкотемпературного характера постдиа-генетических нарушений изотопных систем глауконита свидетельствовали и результаты изучения цветового индекса органостенных микрофосси-лий, ассоциированных с этим минералом (Hayes et al., 1992; Семихатов и др., 1989). Характерная окраска микрофоссилий, выделенных из глауко-нитсодержащих пород, является действенным показателем того, что вмещающие их породы не подвергались термальным воздействиям, которые могли бы превратить K-Ar и Rb-Sr изотопные системы глауконитов в открытые.
В результате изучения мезо-кайнозойских глауконитов было предложено (Odin, Dodson, 1982) несколько критериев пригодности минерала для использования его в качестве надежного геохронометра: глобулярная форма зерен, относительно крупные их размеры, приуроченность к малопористым породам, отсутствие следов вторичных изменений, высокая плотность и парамагнитная восприимчивость, высокая степень совершенства структуры (политип 1М), небольшое содержание разбухающих слоев и значительное содержание К2О (более 7%). В 70-80-е годы существенный вклад в поиск критериев пригодности глауконита для определения пределов его использования в качестве надежного геохронометра внесла И.В. Николаева (1977, 1981, 1986). Она систематизировала многочисленные литературные и собственные данные, используя палеонтологические, литолого-стратиграфические, минералого-петрографические и отдельные структурно-кри-сталлохимические характеристики, полученные для глауконитов и вмещающих пород разного ли-тологического типа и возраста. При анализе материала устанавливалась принадлежность зерен к минералам глауконитовой группы, их генезис (аутигенные, перемытые, терригенные), а на основе статистической обработки результатов химического анализа проводилась отбраковка "измененных" разностей, соотношение элементов в которых не соответствовало типоморфным, свойственным в однотипных формациях "неизмененным" глауконитам. На основании рентгеновского изучения
глауконитовых минералов И.В. Николаевой вместе с М.Ю. Каменевой (Каменева и др., 1981; Николаева и др., 1981) были предприняты попытки выявить структурные особенности подобных "неизмененных" и "измененных" разностей и сформулированы требования к выбору материала для изотопного датирования: аутигенность глауконита и сохранность его первичного состава и структуры (Николаева, 1986). Указанный подход, однако, затруднен для относительно древних (кембрийских, докембрийских) глауконитов и их А1-аналогов, поскольку среди них вряд ли возможно найти совсем неизмененные разности. Поэтому для таких глауконитов в качестве критериев сохранности предлагались аутигенность, глобулярность и отсутствие следов выветривания зерен в мономинеральных фракциях (Гаррис и др., 1964), которые должны быть однородно окрашенными в темно-зеленый (до черного) цвет и характеризоваться близкой магнитной восприимчивостью (Горожанин, Кутявин, 1986).
С развитием физических методов (электронографии, рентгеновской дифрактометрии, инфракрасной и мессбауэровской спе
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.