ГЕОХИМИЯ, 2014, № 4, с. 373-384
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
МОРФОЛОГИЯ, СОСТАВ, ВОЗРАСТ И ПРИРОДА КАРБОНАТНЫХ СФЕРОЛИТОВ ИЗ ПЕЩЕР ЗАПАДНОГО УРАЛА
© 2014 г. И. И. Чайковский*, О. И. Кадебская*, К. Жак**
*Горный институт Уральского отделения РАН
614007Пермь, ул. Сибирская, 78а e-mail: icecave@bk.ru
**Институт геологии Академии наук Чешской республики,
Rozvojova 269, 165 00 Praha 6, Czech Republic e-mail: zak@gli.cas.cz
Поступила в редакцию 05.07.2012 г. Принята в печать 23.12.2012 г.
Ключевые слова: карбонаты, пещеры, криогенез, изотопный состав, геохронология, палеоклимат. DOI: 10.7868/S0016752514020046
ВВЕДЕНИЕ
В уральских пещерах многими исследователями были зафиксированы специфические карбонатные образования неясной природы, не вписывающиеся в современные обстановки минералообразования, отличающиеся от традиционных морфологических типов спелеотем (различных натечных образований, пещерного жемчуга, лунного молока, корал-литов, геликтитов и др.).
В настоящей статье приводится морфологическая, химическая и возрастная характеристика этих образований из пещер Пермского края и обоснование их природы. Основой для исследования послужили образцы из коллекций Е.П. Дорофеева, О.И. Кадебской и С.А. Меньших, храня-
щиеся в музее Кунгурской лаборатории-стационара ГИ УрО РАН.
Географическое и геологическое положение пещер
Исследуемые пещеры расположены в пределах Северного (п. Дивья) и Среднего Урала (п. Усь-винская и Российская) и локализованы в карбонатных толщах карбона и перми Западно-Уральской зоны складчатости (табл. 1, рис. 1, 2), относимых к Ксенофонтовскому и Кизеловскому карстовым районам Пермского края [1]. Среднегодовая температура воздуха на поверхности составляет 2.0—2.4°С. В настоящее время в перечисленных пещерах нет многолетних ледяных образований. Гроты с найденными конкрециями
Таблица 1. Характеристика исследуемых пещер
Пещера Вмещающие породы Температура воздуха в пещере, °С Абсолютная отметка входа над уровнем моря, м Координаты входа
Дивья Известняки артинского яруса нижней перми 4-5 240 56°44' E 60°48' N
Усьвинская Известняки московского яруса среднего карбона 5 245 57°35' E 58°41' N
Российская Известняки визейского яруса нижнего карбона 3-5 335 57°37' E 58°49' N
Рис. 1. Местоположение пещер.
(а) СЗ ЮВ (б) З В
Вход (240 м)Ч~ , ВхоДЧ24! м)
2 _1 \
3 ___§__J 10 м 10 м\
(в) СВ ЮЗ Вход (335 м)
! 30 м
Рис. 2. Схематизированные разрезы пещер с положением отобранных проб: а — Дивья; б — Усьвинская; в — Российская.
находятся на глубине от 30 (Усьвинская) до 55 м (п. Дивья и Российская) от земной поверхности в нейтральной микроклиматической зоне, где температура воздуха равна температуре карстового массива, которая в настоящее время положительна (табл. 1). Общие сведения по данным пещерам приведены в работах Е.В. Алексеевой и В.Я. Алексинского [2], А.Г. Чикишева [3, 4], М.Ю. Сивинцева, В.А. Чухланцева [5], С. В. Ва-луйского, И. А. Белокрыса [6].
Сферолитовые образования в п. Усьвинская найдены на супесчаном грунте в гроте Узловой (обр. 1), в п. Дивья — на поверхности супесчаных отложений в гроте Малютка (обр. 2) и Девы (обр. 3), в п. Российская — в глине грота Гулливер на глубине 5 см (обр. 4) и 50 см (обр. 5).
МЕТОДИКА
Состав сферолитов изучен с помощью сканирующего электронного микроскопа VEGA 3 LMH с системой рентгеновского энергодисперсионного микроанализа INCA Energy 350/X-max 20 в Горном институте УрО РАН.
Анализ стабильных изотопов C и O проводился в лаборатории Чешской геологической службы в Праге на масс-спектрометре Finnigan MAT 251 (рук. Ф. Бузек). Рабочий стандарт СО2 получен из каррарского мрамора, результаты с общей аналитической погрешностью ± 0.1%о для 8 13C и 8 18O приведены к VPDB стандарту. Состав определяли в отдельных точках, расположенных вдоль траверса от центра к периферии.
230ТЬ/234и-датировки были выполнены методом масс-спектрометрии с термической ионизацией (TIMS). Изотопы U-серии были измерены масс-спектрометром MAT 262 RPQ TIMS в Гей-дельбергском центре Академии наук Германии (рук. А. Манджини).
Все коэффициенты активности вычислены при помощи постоянных радиоактивного распада по Хенг и др. [7] и скорректированы по детритовому Th в предположении, что среднее соотношение 232Th/238U равно в земной коре 3.8 для детритового материала и 234U и 238U находятся в вековом равновесии. Абсолютные даты указаны в тыс. лет назад от наших дней (то есть от 1950 г.).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
1. Морфология и строение карбонатных образований
Исследование морфологии и внутреннего строения показало, что для характеристики исследуемых карбонатных образований применимы термины онтогенической минералогии (сферолиты, сфе-рокристаллы, сфероидолиты), обоснованные в работе А.А. Годовикова с соавторами [8].
Образец из п. Усьвинской (обр. 1) слагает зональный агрегат высотой 2—3 см, состоящий из сросшихся радиально расходящихся индивидов. В нижней части индивиды имеют скелетное строение, обусловленное наличием "ветвей", отходящих от основного "ствола" под углом 120°, образуя вершинно-реберные формы. В средней части они сноповидно расщеплены, а в краевой зоне срастаются с соседями в почковидную корку сфе-ролитового строения. Расщепленные волокна сохраняют свою ориентировку из промежуточной зоны во внешнюю. Основная часть агрегата слегка просвечивает и имеет светло-коричневый цвет, и только внешняя оторочка непрозрачная коричнево-желтая.
Наблюдаемое строение агрегата позволяет предполагать, что центры кристаллизации возникли в слое воды. Смена скелетного роста, преимущественно вдоль оси третьего порядка, на расщепленный говорит о том, что с самого начала их рост происходил в условиях пересыщения и быстрого накопления дефектов. Образование непрозрачной сферолитовой каймы может отражать очередной скачок в пересыщении растворов, вызвавший увеличение количества и уменьшение размера игольчатых субиндивидов.
Таким образом, описанный карбонат представлен сферолитовой коркой сросшихся расщепленных изначально скелетных кристаллов. Зональное строение и окраска обусловлены увеличивающейся степенью расщепления в процессе роста.
Образец из п. Дивья (обр. 2) представлен сфе-рокристаллом размером 1.5—2.0 см (рис. 4). Снизу он имеет плоское основание, а сверху ограничен тремя сферическими гранями ромбоэдра. Вершина сферолита совпадает с выходом оси третьего порядка. В центре нижней стороны просматриваются выступающие под углом 120° ребра скелетного зародыша. От центра к периферии происходит уменьшение размера субиндиводов, вплоть до тонких (менее 0.1 мм) волокон. Основная часть сферокристалла имеет желтовато-белый цвет и более белую непрозрачную внешнюю оторочку.
Предполагается, что образование сферокри-сталла происходило на плоском дне в слое воды в результате быстрого расщепленного роста скелетного индивида.
Образец № 3 из п. Дивья представлен радиаль-но-зональным сферолитом (1.5—2.0 см), поверхность которого осложнена нишами различной глубины с субвертикальными стенками (рис. 5). Сферолит состоит из расширяющихся от центра к краю индивидов, ориентировка спайности которых отличается от соседних. Морфология позволяет предполагать, что расщепление проявилось только на начальной стадии формирования сфе-ролита, а в дальнейшем происходил нормальный рост субиндивидов. Судя по наличию большого
Рис. 3. Фотографии и схематические зарисовки сферокристаллического сферолита из п. Усьвинская (проба № 1). Масштаб: 1 деление соответствует 1 мм.
Рис. 4. Фотографии и схематические зарисовки сферокристаллов ромбоэдрического габитуса и их сростов из пещеры Дивья (проба № 2). Масштаб: см. рис. 3.
Рис. 5. Фотографии и схематические зарисовки сферолитов из пещеры Дивья (проба № 3). Масштаб: 1 деление — 1 мм.
Рис. 6. Фотографии и схематические зарисовки сростков сферолитов и сферокристаллов из пещеры Российская (проба № 4). Масштаб: 1 деление равно 1 мм.
числа ниш, вероятно, представляющих собой ступени остановки роста, кристаллизация отдельных участков сферолита происходила в стесненных условиях, блокированных посторонними частицами.
Образец № 4 из п. Российская представлен сложным сферокристаллическим сферолитом размером 3.5—4.0 см, в строении которого могут быть выделены три типа субиндивидов (рис. 6). Центральная часть сложена сростком из трех сфе-
ролитов молочно-белого цвета. По краям они обрастают белыми грибообразными сферокри-сталлами. И те и другие окаймлены полупрозрачной сферолитовой каймой секториально-лучистого строения. Очертания образца характеризуются участками, как с гладкой, так и со ступенчатой поверхностью. На отдельных участках поверхности фиксируется полигональное строение, отражающее структурную связь (трансляцию) ориентировки игольчатых субиндивидов каймы с секторами (пучками) сферолитов.
Наличие трех различных типов субиндивидов и их последовательное обрастание позволяет связывать их образование с тремя генерациями. Первые субиндивиды (сферолиты) формировались в условиях свободного роста, а вторые (сферокристалл-лы), нарастающие по краям, вероятно отражают снижение уровня воды и увеличение ее пересыщения. Прозрачная сферолитовая кайма, осложненная ступенями, может быть связана с увеличением мощности водного слоя, падением минерализации и появлением причин, затрудняющих равномерное обрастание сферокристаллического сферолита.
Образец ! из п. Российская (рис. 7) представлен сростками кристаллов сферической формы (размером до 3 см) и сферолитов темно-коричневого цвета. Крупные индивиды характеризуются седловидной поверхностью спайности, что отражает их принадлежность к незначительно расщепленным монокристаллам. На поверхности сводовой части этих индивидов отмечается наличие пучка расходящихся желобов, а в средней части — несколько опоясывающих со всех сторон мелких уступов. Мелкие индивиды (сферолиты)
срастаются с крупными у их основания и имеют радиально-лучистое строение. Наличие на поверхности сферических кристаллов пучка желобов говорит об их росте под капелью, а опоясывающие уступы — о частичной погруженности индивидов в мелкую лужу. Срастание крупных монокр
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.