ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2007, № 5, с. 536-551
УДК 550.93:551732.2:552.52(4742)
Sm-Nd СИСТЕМАТИКА ТОНКОЗЕРНИСТЫХ ФРАКЦИЙ НИЖНЕКЕМБРИЙСКИХ "СИНИХ ГЛИН" СЕВЕРНОЙ ЭСТОНИИ
© 2007 г. И. М. Горохов, Н. Н. Мельников, Ä. Б. Кузнецов, Г. В. Константинова, Т. Л. Турченко
Институт геологии и геохронологии докембрия РАН 199034 Санкт-Петербург. наб. Макарова, 2; E-mail: gorokhov@ig1405.spb.edu Поступила в редакцию 25.01.2006 г.
Тонкозернистые глинистые субфракции (СФ) с размером частиц <0.1, 0.1-0.4, 0.4-0.6 и 0.6-2 мкм выделены из образца нижнекембрийских "синих глин" лонтоваской свиты и исследованы методом рентгеновской дифрактометрии и Sm-Nd методом. Относительно крупнозернистые СФ состоят из иллита с небольшой примесью хлорита, СФ <0.1 мкм - из смешанослойного иллит-смектита. Значения индекса кристалличности иллита (Ik) растут с уменьшением размера частиц. Выщелачивание СФ 1N HCl и анализ Sm-Nd систематики кислотных вытяжек и остатков от выщелачивания в сочетании с рентгеновскими данными и результатами химического анализа показывают, что исследованные породы содержат по меньшей мере две генерации минералов, одна из которых - детритовая -является результатом трансформации вещества источников сноса, а другая - аутигенная - образована на постседиментационной стадии эволюции лонтоваских осадков. Sm-Nd датировка первой генерации (790 ± 90 млн. лет) рассматривается как минимальный возраст пород северо-восточных и юго-западных районов Восточно-Европейской платформы, служивших источником осадочного материала нижнекембрийских "синих глин". Датировка второй генерации минералов отражает время аутигенного минералообразования в ходе погружения и диа-(ката)генетической переработки глинистых осадков.
Неметаморфизованные кластические осадочные породы представляют собой смесь детрито-вых и аутигенных минералов, сохраняющих изотопную память о различных событиях в истории осадочного материала. Возраст, близкий ко времени седиментации, может быть получен только по очень ранним аутигенным минералам, при этом обязательным условием является замкнутость изотопно-геохимических систем (совокупности материнских и дочерних компонентов в той или иной схеме радиоактивного распада) таких минералов на более поздних стадиях литогенеза. На этих стадиях часто возникают и новые аутиген-ные минералы или происходит преобразование более древних минералов. Поскольку реакция Sm-Nd, Rb-Sr и K-Ar изотопных систем на изменение геохимической обстановки определяется химическими свойствами их компонентов, разные изотопно-геохронологические методы при анализе одних и тех же осадочных материалов могут приводить к получению неодинаковых возрастных значений, отвечающих различным этапам литогенеза. Таким образом, комбинируя анализируемые материалы и методы, можно рассчитывать на получение более полной информации, касающейся геологической и геохимической истории кластических осадочных пород.
Практика геохронологических исследований показала, что при изучении глинистых пород наилучшим способом получения материала, пригодного для изотопного датирования процессов литогенеза, является разделение обычной (<2 мкм) глинистой фракции аргиллитов на несколько размерных субфракций (СФ) [Morton, 1985 а; Clauer et al., 1990; Bros et al., 1992; Gorokhov et al., 1994; Schaltegger et al., 1994; Горохов и др., 1997, 2001, 2002; Grathoff et al., 1998, 2001; Zwingmann et al., 1999]. Такие СФ в общем случае представляют собой минеральные смеси, однако в наиболее крупно- и мелкозернистых СФ обычно преобладают конечные члены этих смесей, представленные некогенетичными генерациями индивидуальных минералов [Gorokhov et al., 2001; Горохов и др., 1997, 2002, 2006; Grathoff et al., 1998, 2001]. Минералогическая идентификация глинистого компонента СФ проводится с помощью рентгено-структурного фазового анализа, а также путем определения политипии иллита и его индекса кристалличности [Kubler, 1966, 1990; Pevear, 1992; Grathoff, Moore, 1996, 2002; Meunier, Velde, 2004]. Для датирования каждой из СФ Rb-Sr методом используется методика выщелачивания (растворами соляной кислоты или ацетата аммония) и последующий изохронный анализ [Clauer et al., 1990,
1993; Gorokhov et al., 1994; Ohr et al., 1994; Clauer, Chaudhuri, 1995].
Перспективы, открывающиеся при исследовании таких СФ, были продемонстрированы во многих работах [Mossmann, 1991; Bros et al., 1992; Schaltegger et al., 1994; Grathoff et al., 1998, 2001; Gorokhov et al., 2001; Горохов и др., 2002, 2005, 2006]. Авторы этих публикаций показали, что различные глинистые породы (размокающие глины, аргиллиты и глинистые сланцы) могут содержать несколько генераций аутигенных минералов, возникших на разных стадиях литогенеза. Мы попытались использовать этот же подход для Sm-Nd датирования этапов геологической истории древних осадочных пород.
Распространенности редкоземельных элементов (РЗЭ) в валовых пробах аргиллитов изучаются весьма интенсивно, главным образом, для идентификации источников сноса осадочного материала. Часто считается, что РЗЭ в глинистых породах относительно немобильны и не фракционируют в ходе катагенеза [Cullers et al., 1975; Chaudhuri, Cullers, 1979; Clauer et al., 1990]. Однако Ю.А.Балашов и Ю.П.Гирин [1969], изучавшие фанерозойские аргиллиты Большого Кавказа и Восточно-Европейской платформы, показали, что 1) в этих осадочных породах имеется достаточное количество РЗЭ, способных к миграции в процессах диа(ката)генеза, и 2) при обработке глинистой фракции соляной кислотой или раствором оксалата аммония раствор имеет тенденцию к обогащению средними и тяжелыми РЗЭ, тогда как остаточный глинистый материал обогащается легкими РЗЭ. Позднее тенденция накопления легких РЗЭ в аутигенных глинистых минералах и обогащения диа(ката)генетического флюида, а следовательно, и осаждаемых цементов средними РЗЭ была подтверждена в ряде работ [Mack, Awwiller, 1990; Awwiller, Mack, 1991; Ohr et al., 1991, 1994; Awwiller, 1994]. При этом значительное различие отношения Sm/Nd в растворимых и нерастворимых в кислоте компонентах аргиллитов позволяло предполагать, что Sm-Nd изотопная система аргиллитов может быть использована для определения их возраста при условии, что эти компоненты находились в изотопном равновесии на тех или иных этапах литогенеза [Ohr et al., 1991, 1994; Bros et al., 1992; Awwiller, 1994].
Целью настоящей работы было исследование возможностей Sm-Nd метода при изучении нижнекембрийских "синих глин" лонтоваской свиты в Северной Эстонии, для которых ранее нами и многими другими исследователями была получена обильная Rb-Sr и K-Ar геохронологическая информация [Полканов, Герлинг, 1960; Фирсов и др., 1971; Краснобаев и др., 1986; Clauer et al., 1993, 2003; Gorokhov et al., 1994; Горохов и др., 1995;
Chaudhuri et al., 1999; Kirsimae et al., 1999a]. В частности, требовалось: 1) выяснить диапазоны концентраций Sm и Nd в силикатных (глинистых) и растворимых в кислоте (мобильных) компонентах тонкозернистых СФ "синих глин"; 2) изучить Sm-Nd систематику смешивания для этих глинистых и мобильных компонентов и 3) дать предварительную оценку пригодности подхода, включающего рентгеноструктурный и Sm-Nd анализ разноразмерных СФ, для определения возраста геологических событий, ответственных за образование кластогенных и аутигенных минералов в древних глинистых отложениях.
ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ОЧЕРК
На территории Эстонии допоздневендский пенеплен, маркирующий дофанерозойскую земную поверхность, хорошо сохранился под осадочным чехлом. Общая мощность существующих в настоящее время фанерозойских осадочных пород не превышает 800 м. Вероятно, еще 500-800 м фанерозойских осадков было эродировано. Нижнепалеозойские отложения Эстонии состоят из трех толщ: преимущественно терригенной части венд-ско-тремадокского возраста, ордовик-силурийской карбонатной формации и в основном терри-генных девонских пород. Мощность нижней венд-тремадокской толщи местами достигает 220 м. В отложении этих осадков наблюдаются перерывы, обусловленные перемежающимися трансгрессиями и регрессиями, которые были связаны с тектонической эволюцией Восточно-Европейской платформы [Geology..., 1997].
Кембрийские отложения в Северной Эстонии расчленяются на три свиты (снизу вверх): лонто-васкую ("синие глины"), люкатискую и тискрет-скую [Менс, Пиррус, 1977]. Нижнекембрийская лонтоваская свита, включающая разнообразные органические остатки, в числе которых можно отметить сабеллидитиды, платисоленитиды, бра-хиоподы и акритархи, сложена преимущественно морскими гидрослюдистыми глинами, только в нижней ее части встречаются прослои песчаников, реже алевролитов. На дневную поверхность в действующих карьерах и обрывах южного побережья Финского залива выходит лишь верхняя часть свиты.
Нижнекембрийские осадки Северной Эстонии образовались, вероятно, в нормальных морских условиях [Mens, Pirrus, 1986] в относительно неглубоком эпиконтинентальном бассейне континента Балтика, который в позднедокембрийское и раннепалеозойское время располагался в высоких до умеренных южных широтах и был отделен от северной границы Гондваны морем Торнкви-ста, а от Лаврентии - океаном Япетус [Torsvik et al., 1992]. Значительное накопление глинистых
Рис. 1. Географическое положение места отбора образца (показано звездочкой).
осадков в лонтоваское время происходило на всей территории Восточно-Европейской платформы.
"Синие глины" Северной Эстонии представляют собой уникальный комплекс нижнекембрийских неметаморфизованных глинистых осадков, сохранивших пластичность и размокающих в воде. Судя по сохранности органического материала содержащихся в них микрофоссилий, эти породы никогда не были нагреты выше 50°С, и максимальная глубина погружения не превышала здесь 800-1000 м [Югашае е! а1., 19996]. Тем не менее с помощью Rb-Sr и К-Аг методов было показано, что они содержат по меньшей мере две или даже более некогенетичных генераций глинистых минералов, в том числе аутигенных ^огокИоу е! а1., 1994; Юшшае е! а1., 1999а; СИа^ип е! а1., 1999]. Образец "синей глины" 807/6 отобран в карьере Колгакюля вблизи г. Локса (Северная Эс
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.