СТРАТИГРАФИЯ. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ КОРРЕЛЯЦИЯ, 2011, том 19, № 3, с. 3-26
УДК 551.72:561.2(571.5)
MOLAR TOOTH STRUCTURES: МЕХАНИЗМ ФОРМИРОВАНИЯ И СПЕЦИФИКА КАРБОНАТНОГО ДИАГЕНЕЗА В ПОЗДНЕМ ДОКЕМБРИИ (СУХОТУНГУСИНСКАЯ СВИТА СРЕДНЕГО РИФЕЯ ТУРУХАНСКОГО ПОДНЯТИЯ СИБИРИ)
© 2011 г. П. Ю. Петров
Геологический институт РАН, Москва e-mail: petrov@ginras.ru Поступила в редакцию 13.05.2010 г., получена после доработки 13.10.2010 г.
На примере карбонатных отложений сухотунгусинской свиты рифея Туруханского поднятия Сибири рассмотрен новый механизм формирования проблематичных образований — текстур Molar tooth (МТ), которые, наряду со строматолитами, можно назвать "визитной карточкой" рифейского этапа геологической истории. Показано, что эти текстуры были образованы в результате последовательного замещения илистой составляющей карбонатных осадков кальцимикроспаритом в ходе диагенеза в условиях значительного смещения динамического равновесия в системе осадок—поровый раствор—микроспарит в сторону раствора. Одной из возможных причин такого смещения являлся избыток растворенного магния, существенно тормозивший выпадение кристаллических ядер будущего кальцимикроспарита. Предполагается, что магнезиальность поровых растворов была связана с ранним растворением метастабильных фаз высокомагнезиального кальцита илистого осадка, поступавшего из фациальных зон активного строматолитообразования. Анализ фациальной приуроченности МТ-текстур показывает, что области их распространения представляли "угасающие" в сторону бассейна шлейфы, протягивавшиеся от наиболее продуктивных зон карбонатных платформ. Синхронность стратиграфических трендов МТ-текстур и строматолитов в докембрии была связана с эволюцией карбонат-продуктивных микробно-минеральных систем, как непосредственных поставщиков тонкозернистых карбонатных осадков во внешние зоны карбонатных платформ.
Ключевые слова: микроспарит, molar tooth, протерозой, рифей, строматолиты.
ВВЕДЕНИЕ
Molar tooth structures (МТ-текстуры) представляют собой небольшие (0.5—10 см в сечении и протяженностью первые десятки сантиметров) тела, выполненные микрокристаллическим (5— 15 мкм) кальцитом. Их форма существенно варьирует от прихотливо изогнутых протяженных прожилок до разнообразных изометричных обособлений, которые четко выделяются среди вмещающих карбонатных илов. Скопления таких тел, обособленных или сообщающихся друг с другом, составляют сложные системы, в различной мере деформирующие осадочную слоистость. Прожилковые элементы МТ-текстур ориентированы, как правило, либо субнормально, либо строго вдоль слоистости. В разрезе слоев подобные системы нередко образуют характерные и разнообразные орнаменты в виде плотных сетей или обособленных элементов, подобных клинописи. На поверхностях напластований МТ-тек-стуры, как правило, формируют псевдополигональные системы различных стадий развития, сходные с трещинами усыхания. Количество МТ-тел в пределах отдельных слоев варьирует в очень
широких пределах — от единичных микроспари-товых обособлений до плотных скоплений, нередко составляющих более половины объема слоев.
Несмотря на изменчивую морфологию, МТ-тела выделяются массивным, на редкость однородным внутренним строением и выдержанным, однообразным петрографическим составом. Такие тела выполнены одноразмерным (равномерно кристаллическим) чистым микроспаритовым цементом (МТ-цементом), в котором количество силикатной (главным образом глинистой) составляющей обычно оказывается менее первых десятых процента. Основными петрографическими особенностями МТ-цемента являются изо-метричность микроспаритовых зерен и высокая выдержанность зернистости по всему объему отдельных элементов, составляющих МТ-текстуры. Все перечисленные характеристики МТ-цемента не обнаруживают зависимости ни от морфологии тел, ни от состава вмещающих их карбонатных илов.
В последние годы, благодаря исследованиям большого числа докембрийских карбонатных
разрезов, была установлена важная стратиграфическая особенность МТ-текстур — их избирательная приуроченность к рифейскому этапу геологической истории. Древнейшие (около 2.6 млрд. лет) и единичные находки МТ-текстур известны в архейской формации Монтвилл надсерии Трансвааль Южной Африки (Bishop, Sumner, 2006; Bishop et al., 2006). В начале рифея эти текстуры получили широкое распространение и безвозвратно исчезли в заключительные моменты рифейской истории (James et al., 1998; Shields, 2002). При этом максимальной представительности они достигли в позднем рифее, повторив в общих чертах докем-брийский временной тренд разнообразия, а отчасти и обилия строматолитов (Семихатов, Раабен, 1994, 1996).
Вместе с тем, в отличие от строматолитов, генезис МТ-текстур представляет предмет острых дискуссий. Так, в настоящее время существует более десятка противоречивых гипотез происхождения этих образований, многие из которых принципиально различаются между собой по механизмам формирования. Однако ни одна из существующих на сегодня гипотез не может объяснить все особенности строения и состава МТ-текстур, а также факт их избирательного стратиграфического распространения.
Цель данной статьи — предложить новую, альтернативную гипотезу происхождения МТ-тек-стур, а также установить связь между механизмом формирования этих текстур и особенностями их стратиграфического распространения. Сделанные выводы основаны на данных структурно-текстурного, петрографического и фациального анализа МТ-текстур из карбонатных отложений су-хотунгусинской свиты рифея Туруханского поднятия Сибири — толщи, вмещающей слабоиз-мененные, преимущественно известняковые породы с обилием разнообразных МТ-текстур.
МОДЕЛИ И НЕОБХОДИМЫЕ УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ MOLAR TOOTH STRUCTURES
Развитие взглядов на происхождение МТ-текстур и современные модели их формирования
Термин "molar tooth" был введен еще в конце XIX столетия применительно к рассматриваемым текстурам, широко распространенным в карбонатных отложениях протерозоя надсерии Белт США и Канады (Bauerman, 1885). В последующие годы природа этих образований неоднократно привлекала к себе внимание исследователей. Одни видели в них остатки структур органического происхождения (Smith, 1968; O'Connor, 1972), другие — псевдоморфозы по эвапоритовым минералам (Eby, 1977) либо раннедиагенетическое выполнение карбонатным цементом свободного пространства трещин усыхания (Knoll, 1984;
Demicco, Hardie, 1994). Пожалуй, наиболее обоснованным явилось отнесение МТ-текстур к трещинам синерезиса (Young, Long, 1977; Hofmann, 1985; Beukes, 1987; Calver, Baillie, 1990; Knoll, Swett, 1990; Петров, 1993). В пользу этой гипотезы, помимо исключительно субаквальных обста-новок формирования МТ-текстур, свидетельствовала их приуроченность к интервалам наиболее тонкозернистых карбонатных осадков, при этом нередко обогащенных тонкодисперсным органическим веществом. Донные слои именно таких отложений в наибольшей степени подвержены процессам изменения объема в условиях раннего диагенеза, и, как следствие, в них повсеместно развивается синерезис. Благодаря интенсивным исследованиям двух последних десятилетий, на сегодняшний день существует множество различных моделей формирования МТ-текстур (Bishop, Sumner, 2006). Во всех случаях их образование предопределялось возникновением пустот, в частности трещин, которые впоследствии были заполнены известковым цементом.
Гипотезы образования МТ-пустот. Современные взгляды на происхождение полостей внутри известковых слоев можно разделить на две группы: образование пустот в результате процессов, протекающих внутри осадочного слоя, или в результате внешнего воздействия на него. К первой группе относятся такие процессы, как синерезис, медленная генерация газов и "взрывное" разложение газогидратных комплексов. Синерезис на сегодняшний день рассматривается как одна из вероятных, хотя и не ведущих гипотез образования внутрислоевых пустот (Bishop, Sumner, 2006). Новообразованные полости синерезиса в условиях раннедиагенетического уплотнения известковых илов могли коллапсировать, не оставляя явных следов своего присутствия, либо заполняться раннедиагенетическим цементом с развитием МТ-текстур (Pope et al., 2003). Как альтернатива синерезису, образование полостей в слабоуплотненных осадках могло происходить в результате медленной генерации газов при бактериальном разложении захороненного там органического вещества (Frank, Lyons, 1998; Furniss et al., 1998; Marshall, Anglin, 2004; Pollock et al., 2006; Кузнецов 2003, 2010). И наконец, согласно иной интерпретации, появление свободного от осадка пространства внутри слоев могло быть результатом " взрывного" разложения СО2-газогидратных комплексов в условиях их неглубокого поверхностного захоронения (Marshall, Anglin, 2004).
Ко второй группе относятся гипотезы происхождения МТ-полостей (трещин) вследствие сейсмического либо гидродинамического (штормового) воздействия на осадочные слои. В результате сейсмического удара внутри слаболитифицирован-ных слоев могли мгновенно возникать системы трещин с одновременным внедрением в новообразованное пространство обводненных карбонатных
илов, которые впоследствии были преобразованы в микроспарит МТ-цемента (Pratt, 1998а, 1998b, 1999, 2001). В иной, близкой интерпретации сейсмическое воздействие на уже консолидированные слои приводило к их растрескиванию с последующей цементацией пустот (Fairchild et al., 1997). Согласно другой точки зрения, системы МТ-пустот могли являться результатом гидродинамического воздействия штормовых волн на поверхностный слой донных карбонатных осадков (Bishop et al., 2006). Такое воздействие по механизму аналогично модели формирования "diastasis cracks" — трещин, возникающих при растягивающих напряжениях в результате "торможения" крупных штормовых волн о дно (Cowan, James, 1992). Любопытно, что последняя модель была предложена авторами также в качестве альтернативы синерезису.
Природа МТ-цемента. Внутреннее строение зерен МТ-цемента, выявленное в результате микрозондирования, убедительно свидетельствует об их выпадении из раствора в виде первичных ядер с последующей их реге
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.