Глобальные катастрофические события и их роль при стратиграфических
корреляциях осадочных бассейнов разного типа

2.3.2. Копетдаг и Малый Балхан (Западная Туркмения).

Пограничные отложения мела и палеогена на территории Западной Туркмении широко распространены, хорошо обнажены и довольно полно изучены. Нами исследованы два района развития пограничных толщ - в долине р. Сумбар (Копетдаг) и на Малом Балхане.

Описание разрезов. В первом районе наиболее интересным является разрез СМ4 (рис. 2.12), расположенный на северном крыле Сумбарской синклинали в 6 км от пос. Кара-Кала на склоне горы Исак, примерно в 100 м восточнее шоссейной дороги на Кызыл-Арват. Терминальный маастрихт (общей мощностью 10 м, сл.1) представлен голубовато-серыми мергелями (без пластов известняков, как в более низкой части маастрихта), содержащими вверху довольно редкие панцири морских ежей из рода Echinocorys (по мнению определившего их М.М. Москвина, позднемаастрихтского облика) и многочисленные ядра аммонитов Hoploscaphites constrictus (Sow.), Baculites sp. Ядра аммонитов встречаются вплоть до кровли маастрихта и присутствуют даже в верхних 5 см меловых отложений.

Рис.2.12. Разрез пограничных отложений M/Д на правом берегу реки Сумбар у пос. Кара-Кала (СМ4)

В основании вышележащего сумбарского горизонта (мощностью 15 м), сложенного мергелями с линзовидными прослоями известняков и принадлежащего датскому ярусу, наблюдается прослой коричневой и красновато-серой глины (сл.2), обогащенной в базальных частях гипсом (см. рис. 2.12). Мощность этого слоя около 6 см. Его нижняя граница резкая, слегка волнистая, однако иногда на ней наблюдаются карманообразные углубления шириной до 15 см, вдающиеся в кровлю маастрихтских мергелей на 5-7 см и выполненные желто-бурым железистым материалом с большим количеством кристаллов гипса. Коричневая глина вверх довольно резко, но все же через переходную зону смешанной окраски, сменяется зеленовато-серой известковистой глиной. Последняя, становясь все более известковистой, переходит в зеленовато-серые мергели, которые постепенно сменяются глинистыми известняками и известняками. Мергели сл.4 содержат довольно многочисленные панцири морских ежей Cyclaster danicus Schlьt., Pseudogibbaster sp. Здесь же обнаружен единственный отпечаток аммонита с ожелезненным фрагмоконом, который не может быть определен точнее, чем Pachydiscidae gen. et sp.indet. Максимально высокая находка Cyclaster danicus сделана в одном метре от подошвы сумбарского горизонта. Начиная с середины последнего (6,5 м выше основания), панцири морских ежей вновь становятся довольно многочисленными. Среди них определены Echinocorys pyrenaica Seunes (инт. 6,5-12,7 м), E.edhemi Boehm (карликовые формы, инт. 7,0-7,5 м), Hemiaster cf. vistulensis Kongiel (10,5 м выше основания). Все эти виды морских ежей типичны для датского яруса Западной Европы, Северного Кавказа и Закаспия.

Распределение фораминифер в разрезе СМ4 изучено только предварительно. Мергели в кровле маастрихта содержат довольно многочисленные раковины фораминифер (2500-3500 экз/г), среди которых планктонные формы составляют 76-89%¹. Планктонные фораминиферы представлены следующими видами: Globotruncan arca Cushman, Globotruncanita stuarti (Lapp.), Globotruncanella petaloidea (Gand.), Pseudotextularia elegans (Rzehak), а также мелкими гетерохелицидами, Planoglobulina sp. Среди бентосных форм следует отметить Bolivinoides draco Marsson и Stensioeina pommerana Brotzen. Много кальцисферулид. Коричневая глина крайне бедна остатками фораминифер, особенно в ее нижней части. Так, в образце СМ4/2 (0-1 см) из 8 г породы выделено лишь 12 раковин фораминифер Chiloguembelina sp. (2 экз.), Cibicides sp. (1 экз.), Globorotalites sp. (1 экз.), гладкие и ребристые прямые раковины нодозариид (8 экз.). Выше (обр. СМ4/3, 1-2 см) разнообразие комплекса возрастает - появляются особенно многочисленные Tappanina selmensis (Cushman) (до 20-30%), а также Globotruncanella petaoidea, Globotruncanita stuarti, Clavulinoides kjurendagensis Moroz., Bolivina sp. Планктонные фораминиферы составляют 39%, агглютинирующий бентос - не более 4,5%. В образцах СМ4/4 и СМ4/5 содержится заметное количество раковин Guembelitria cretacea Cushman (2,18-2,45%). Одновременно происходит увеличение общего количества раковин фораминифер (от 1,5 экз/г в обр. СМ4/2 до 632 экз/г в обр. СМ4/5. Подсчет производился во фракции 0,05 мм.) и роли планктонных форм ( до 48%). В нижней части зеленой глины сл.3, где много гипса, фораминиферовое число вновь резко падает до 104 экз/г, хотя соотношение планктона и бентоса не изменяется. В мергелях сл.4 общий облик комплекса становится очень близким к маастрихтскому (значительрную роль в нем играют глоботрунканиды, Pseudotextularia elegans, Bolivinoides draco, Stensioeina pommerana и другие меловые виды). Аналогичный облик фораминиферового комплекса сохраняется на протяжении всей нижней части сумбарского горизонта до отметки +5 м. Резкое сокращение количества раковин типичных меловых фораминифер происходит в инт. 5,0-6,5 м от подошвы этого горизонта, т.е. на том же уровне, где в разрезе появляются многочисленные панцири морских ежей. В 3 м от основания сумбарского горизонта встречены первые Eoglobigerina taurica Moroz. и E. Pentagona Moroz.

Более полно распределение фораминифер на этой границе изучено в соседнем разрезе СМ5, который расположен в 150 м западнее [Катана, Алексеев, 1991]. Литологически этот разрез идентичен разрезу СМ4 (рис. 2.12).

Кровля маастрихта сложена однородными мергелями, в которых присутствуют аммониты Hoploscaphites constrictus (Sow.) (в 5 и 15 см ниже границы). В основании дания пограничный глинистый горизонт (ПГГ) включает шоколадного цвета глину с тонкими прослоечками гипса (0-2,5 см), бурую глину (+2,5 - 4,5 см), переход к зеленой глине (+4,5 - 6 см), зеленую глину (+6 - 15 см) и переход к мергелю (+15 - 20 см). Выше залегают мергели, в которых на уровне 20-40 см от подошвы ПГГ встречены многочисленные панцири датских морских ежей Cyclaster danicus Schlt.

Опробованию были подвергнуты верхние 1,5 м мергелей маастрихта, причем их последние 0,2 м охарактеризованы пятью образцами, и нижние 0,4 м дания. В ПГГ образцы отбирались бороздой с шагом по мощности 2-4 см, а выше каждые 5 см. Всего проанализировано 18 образцов. Подсчет фораминифер производился раздельно по двум размерным фракциям 50 - 160 и >160 мкм. Для каждого образца подсчитывалось не менее нескольких сотен экземпляров раковин фораминифер. Затем результаты по каждой фракции объединялись.

В маастрихте содержание фораминифер высокое: фораминиферовое число обычно свыше 1000 экз/г, хотя отмечается некоторая тенденция к его падению по нарпавлению к верхней границе маастрихта. Возможно, это артефакт, связанный с редким отбором образцов в маастрихтской части разреза. Обращает на себя внимание небольшой пик численности фораминифер вблизи кровли маастрихта (уровень - 5-10 см). В ПГГ, за исключением базальных 2,5 см, содержание фораминифер стабильно низкое (около 200 экз/г) и не изменяется при переходе от ПГГ к мергелям. Резкий рост до маастрихтского уровня отмечен в образцах 7-9 (инт. +25 - 40 см). Значительное падение фораминиферового числа в нижней части дания по сравнению с маастрихтом отмечено также В.Г. Морозовой и др. [1967] в разрезе Кызыл-Чешме (Западная Туркмения), хотя детальность отбора проб там была значительно меньше.

В комплексах фораминифер доминируют планктонные виды, которые составляют в маастрихте, как правило, не менее 70% и около 50% в дании, однако подавляющую роль cреди них играют Heterohelicidae (обычно 75-80% от общего числа планктонных форм)(рис. 2.13). Небольшой пик планктонных форм отмечен вблизи кровли маастрихта, затем следует постепенное падение, достигающее минимума (39%) на уровне +20 - 25 см. Содержание бентосных агглютинирующих фораминифер крайне не велико (обычно доли процента) и не испытывает заметных колебаний. Не отмечается его рост и в ПГГ, который можно было бы объяснить растворением раковин известковых фораминифер.

Рис.2.13. Изменения комплексов фораминифер на границе M/Д в разрезе СМ5, р.Сумбар, Западный Копетдаг: 1 - мергель, 2 - шоколадная глинас гипсом; 3 - бурая глина; 4 - зеленая глина

Наиболее заметные изменения комплексов фораминифер на границе маастрихта и дания связаны с резким увеличением численности Tappanina selmensis (Cushman), которое начинается уже в последних 3 см маастрихта (14,7%) и достигает максимума в ПГГ и перекрывающих его мергелях (20-30%). Аналогичный всплеск дает и Guembelitria cretacea Cushman, два максимума которой приурочены к уровням +2,5 - 4,5 см (21%) и +35 - 40 см (17%). Доминирование этих двух видов-оппортунистов, способных легко переносить неблагоприятные условия, в самой нижней части датского яруса ранее отмечалось для разреза СМ4 [Алексеев и др.,1988].
Подтверждается, что ряд типичных меловых форм, в том числе многие Globotrucana, Pseudotextularia из планктона и бентосные Bolivinoides draco Marsson и Stensioeina pommerana Brotzen, переходят границу маастрихта и дания, которая маркируется иридиевой аномалией, хотя в ПГГ их значительно меньше, либо они полностью там отсутствуют.

Сравнение с наиболее полно изученным микропалеонтологически разрезом Эль-Кеф (Тунис), палеогеографическое положение, общий фациальный облик, близкий набор видов фораминифер которого сходны с таковыми для сумбарского разреза [Keller,1988а,1988б], показывает наличие одинаковых тенденций; сокращение доли планктона в дании, вспышка Guembelitria cretacea Cushman и Tappanina selmensis (Cushman). Вместе с тем, последний вид в разрезе Эль-Кеф становится многочисленен значительно выше по разрезу. Полученные нами данные подтверждают вывод о существенном падении продуктивности в самом начале датского века и расцвете немногих, ранее редких. видов, оказавшихся более приспособленными к новым, зачастую нестабильным условиям среды. Снижение продуктивности происходило не только в океанических районах [Hallam,Perch-Nielsen,1990], но и в окраинных морях, а также в значительно удаленной от открытого океана восточной части одного из морей-заливов океана Тетис, которой отвечает сумбарский разрез.
Г. Келлер [Keller,1988а,1988б] пришла к выводу о переживании в самом начале датского века некоторых ранее считавшихся типично меловыми видов фораминифер. Вместе с тем ряд видов, и в том числе все глоботрункана, встреченные выше границы, она считает переотложенными. В Западном Копетдаге доля меловых форм в основании дания еще более значительна, чем в Тунисе, однако утверждение о том, что они не переотложены [Алексеев и др.,1988], вероятно, требует дополнительных доказательств.

Положение границы маастрихтского и датского ярусов (мела и палеогена) в разрезе СМ4 может быть уверенно определено в подошве глинистого горизонта (сл.2). На этом уровне исчезают многочисленные аммониты и морские ежи мелового облика, а в 25-35 см выше появляется Cyclaster danicus - вид, характерный для нижнего дания Западной Европы и Мангышлака. Комплекс фораминифер зоны G. eugubina в данном разрезе не удалось выявить. Вместе с тем присутствие Guembelitria cretacea в пограничном глинистом горизонте (инт. +2 - +6 см) позволяет сопоставить его нижнюю часть с зоной Guembelitria cretacea [Smit, Hertogen, 1980], которую эти авторы помещают в самое основание датского яруса. Вышележащая часть сумбарского горизонта должна отвечать зоне G. eugubina s.s., поскольку с уровня +3 м появляется комплекс подзоны Eoglobigerina taurica, в понимании Я. Смита и А. Ромейна [Smit, Romein, 1985].

Рис.2.14. Стратиграфическое распределение иридия - сплошная линия и отношение Ir/Al - пунктирная линия на границе M/Д в разрезах Сумбар (СМ4) и Малого Балхана (МБ5 и МБ3)

В других осмотренных нами обнажениях в долине р. Сумбар (СМ1, СМ2 и СМ3), расположенных на южном крыле Сумбарской синклинали в 15-20 км к западу от разреза СМ4, на границе маастрихта и дания обнаружен перерыв, выраженный образованием "твердого дна" в кровле маастрихтского яруса и появлением гальки в базальных слоях дания. В этих разрезах не наблюдается пограничный глинистый прослой, и мергели маастрихта непосредственно перекрываются желваковидными известняками сумбарского горизонта.

На Малом Балхане изучено несколько близко расположенных разрезов в безымянном ущелье восточнее родника Куйджик, которые существенно отличаются по своей полноте друг от друга. Отложения сумбарского горизонта характеризуются здесь несколько большей мощностью и существенно более глинистые, чем на р. Сумбар, к тому же они значительно беднее остатками макрофауны. Это позволяет рассматривать разрезы Малого Балхана как более глубоководные по сравнению с сумбарскими. Микрофауна из них не изучалась. Наиболее полным является разрез МБ5, который по своему строению лишь незначительно отличается от разреза СМ4 (рис. 2.14). Для него характерны существенно большая ожелезненность и загипсованность коричневых глин и более глинистый тип мергелей, слагающих кровлю маастрихтского яруса. Самая верхняя часть последнего, так же как и в разрезе СМ4, очень богата ядрами и отпечатками аммонитов Hoploscaphites constrictus (Sow.), Baculites sp. Отложения сумбарского горизонта в этом разрезе крайне бедны макрофауной - лишь в 6 м от подошвы обнаружен Echinocorys sp. Хотя имеющиеся палеонтологические данные весьма ограничены, общая последовательность литологических типов полностью идентична таковой сумбарского разреза СМ4, поэтому нижняя граница датского яруса и здесь может быть совмещена с подошвой глинистого горизонта.
В разрезе МБ3 (в 1 км к СЗ от МБ5) слой коричневой глины отсутствует (см. рис.2.14). Здесь наблюдается только пласт зеленой глины, которая непосредственно залегает на мергелях маастрихта и перекрывается известняками сумбарского горизонта. Это указывает на короткий перерыв в осадконакоплении, который еще резче выражен в разрезе МБ2 (в 200 м от МБ3), где обнаружены только реликты слоя зеленой глины. По сравнению с разрезом МБ5 в других пунктах (МБ1-МБ4) нижняя, известняковая, часть сумбарского горизонта испытывает резкую конденсацию, сокращаясь в мощности до 1,5-2 м и даже 0,5 м.

Таким образом, так же как и в других районах земного шара [Назаров и др., 1983; Назаров, 1995], в наиболее полных мел-палеогеновых разрезах Западной Туркмении присутствует тонкий слой глинистого материала на границе маастрихтских и датских отложений. В сокращенных разрезах этот слой отсутствует, что указывает на локальный характер перерыва на этом рубеже. Судя по особенностям распространения пограничного глинистого горизонта в разрезах Западной Туркмении, условия седиментации на границе мелового и палеогенового периодов отличались резкими латеральными неоднородностями.

Геохимические данные. Для геохимического исследования из пограничных отложений мела и палеогена в разрезах СМ4, МБ3 и МБ5 были отобраны непрерывно образцы, охватывающие по мощности 0,5-3,5 см (обычно 1-2 см). В разрезах МБ2 и СМ1 был проанализирован материал только из базальной части датского яруса. Содержание Ir определялось с помощью нейтронно-активационного анализа в радиохимическом варианте по методу [Барсукова и др.,1986], содержание главных элементов, а также Ni, Cu, Zn, V, Rb, Sr - рентгенофлюоресцентным методом, остальных редких элементов - методом инструментального нейтронно-активационного анализа. В разрезе СМ4 из пограничного глинистого горизонта в интервале 2-9 см от подошвы дания на протяжении 10 м по простиранию была отобрана валовая проба (массой 5 кг), из которой отмывкой была удалена фракция более 40 мкм. Оставшаяся часть была растерта, гомогенизирована и использовалась в качестве стандартов. В этой пробе атомно-абсорбционным методом было определено содержание платиноидов и некоторых других элементов.

Концентрация Ir в пограничных отложениях мела и палеогена Туркмении отчетливо зависит от полноты разрезов. В наиболее полных разрезах СМ4 и МБ5 содержание этого элемента в пограничном горизонте является максимальным. В разрезе МБ3, в котором отсутствует слой коричневой глины, концентрация Ir заметно меньше и сопоставима с количеством Ir в зеленой глине разрезов СМ4 и МБ5 (см.рис. 2.14). Еще более низкое содержание Ir (0,7 нг/г) отмечено в разрезе МБ2, где наблюдаются только реликты слоя зеленой глины. В разрезе СМ1 в подошве сумбарского горизонта, который с большим перерывом залегает на маастрихте, концентрация Ir составляет всего лишь 0,13 нг/г, т.е. находится в пределах вариации обычного фона [Kyte, Wasson, 1986].

Максимальное содержание Ir (66,3 нг/г) в разрезе СМ4 установлено в самом основании дания - кармане желтого глинистого материала, выше по разрезу оно постепенно, но неравномерно, падает (см. рис. 2.15). В коричневой глине (сл.2) концентрация Ir изменяется от 39,9 (в основании) до 19,1 нг/г (в кровле). В подошве слоя зеленой глины (сл.3) наблюдается 4,5 нг/г Ir, затем до отметки +24 см происходит медленное уменьшение до 2,4 нг/г. Выше этого уровня падение концентрации Ir становится более интенсивным, и она снижается до 0,29 нг/г в 37 см выше границы мела и палеогена. В разрезе МБ5 (см. рис. 2.14) самая высокая концентрация Ir (38,4 нг/г) зафиксирована несколько выше границы. Затем содержание Ir монотонно уменьшается вплоть до кровли слоя зеленой глины, но снова возрастает в вышележащем известняке. В слое зеленой глины разреза МБ3 наблюдаются два максимума в распределении Ir - 4,5 нг/г (в подошве) и 3,4 нг/г (в 4 см выше). В известняках, перекрывающих слой зеленой глины, в этом разрезе содержание Ir быстро уменьшается. В мергелях маастрихта в разрезах СМ4 и МБ3 содержание Ir быстро понижается и достигает уровня его фоновых концентраций в 4 см ниже границы мела и палеогена, что определяет в целом резко асимметричный характер аномалии. В разрезе МБ5 это падение, однако, выражено менее резко и осложнено небольшим дополнительным максимумом.

Нормирование по содержанию Al, т.е по количеству глинистой компоненты, принципиально не изменяет характера распределения Ir по разрезу, так же как и введение поправки на количество гипса. Последняя, однако, в разрезе МБ5 смещает максимальное значение содержания Ir непосредственно в основание дания. Если исключить из подсчетов гипс, то глинистый материал образцов МБ5/3 и МБ5/4 будет содержать 54,5 и 45 нг/г - соответственно, а образцов СМ4/17 и МБ3/1 - 106,54 и 4,8 нг/г. Изучение отдельных глинистых частиц без примеси гипса и образца СМ4/17 методом инструментального нейтронно-активационного анализа показало, что они, действительно, характеризуются уникально высокими концентрациями Ir, достигающими 100, а иногда 200 нг/г (отношение Ir/Au составляет 0,5-1). В кристаллах пирита, лимонитовых шариках, образовавшихся путем окисления фрамбоидального пирита, и в органическом веществе, выделенных из пограничного глинистого горизонта разреза СМ4, инструментальным методом нейтронно-активационного анализа Ir в количестве более 5 нг/г не был обнаружен. В пирите определены высокие содержания Au (до 2,3 мкг/г).

Рис.2.15.Стратиграфическое распределение элементов на границе M/Д в разрезе СМ4 на р.Сумбар. Si, Ca, Mg, Fe,S - в мас.%, иридий - в нг/г, остальные элементы - в мкг/г

Вместе с Ir границу мела и палеогена в изученных разрезах (рис. 2.15) маркируют также другие сидерофильные элементы (Fe, Ni, Co, Au), халькофилы (Cu, Zn, S) и мафические литофилы (Ti, Cr, V, Sc). Судя по результатам анализа валовой стандартной пробы СМ4, пограничные глины также обогащены Pt, Pd, Rh, Ru, As, Sb, Ag. Основные породообразующие элементы (Si, K, P, Mn) в нормированных к Al концентрациях не обогащают существенно пограничный глинистый материал, а отношения Ca/Al и Mg/Al в нем отчетливо ниже. Содержания Sr и Ba изменяются параллельно количеству карбоната, поэтому отношения Sr/Al и Ba/Al в пограничных глинах также понижены. Однако концентрация Sr очень высока в наиболее богатых гипсом образцах СМ4/17 и МБ5/3, вероятно, из-за присутствия целестина. Для Ba на этом уровне высокая концентрация не отмечается.

Пограничные глины характеризуются более высокими отношениями Rb/Al и Rb/K, по сравнению с выше- и нижележащими карбонатными породами. В обогащенных гипсом образцах СМ4/17 и МБ5/3 отношение Rb/Al отчетливо ниже. Концентрации других редких несовместимых элементов (TR, Hf, Th, Ta), нормированные к содержанию Al, в пограничных глинах, как правило, слегка понижаются, за исключением образцов СМ4/17, в котором наблюдаются более высокие отношения La/Al и Th/Al, и МБ5/3, где несколько больше центральных редких земель, а также образца МБ3/1 с более высоким отношением Hf/Al. Соотношения концентрации редкоземельных элементов при переходе через границу мела и палеогена изменяются незначительно. Существенным представляется резкое увеличение отношения La/Yb в образцах СМ4/17 и МБ5/4, которые наиболее обогащены Ir. Кроме того, интересно изменение отношения Ce/La в разрезе СМ4. Зеленая глина сл.2 в этом разрезе отличается пониженными значениями Ce/La, что указывает на возможность участия в ее образовании океанических вод. Высоких содержаний радиоактивных элементов, в частности тория, которые предполагаются [Неручев, 1986] для рубежа мела и палеогена, в разрезах Туркмении, так же как и в других районах, где этот вопрос изучался, не наблюдается.

Изучение пограничных отложений мела и палеогена в Туркмении подтверждает глобальную распространенность геохимической аномалии на этом рубеже, расширяет ее географию. Как и в других разрезах, высокое содержание Ir сопровождается аномальными концентрациями ряда сидерофильных, халькофильных и некоторых мафических элементов. Основные петрогенные и редкие несовместимые элементы в глинистой фракции, как правило. содержатся в нескольких пониженных концентрациях и не маркируют границу. В отличие от других разрезов пограничных отложений мела и палеогена в Туркмении на границе маастрихта и дания наблюдается очень высокое содержание серы (в связи с присутствием гипса), а также высокое отношение La/Yb. Кроме того, для наиболее полных разрезов Туркмении (СМ4 и МБ) характерны очень большие мощности пород, несущих геохимическую аномалию, что определяет необычайно высокое суммарное количество Ir в этих разрезах: СМ4-580 нг/см² (наибольшее в мире), МБ5 - 340 и МБ3 - 44 нг/см², если принять плотность породы, равной 2,2 г/см³.

Кроме изложенных выше данных, в разрезе СМ4 изучено также распределение зерен ударно-метаморфизованного кварца [Badjukov et al., 1986; Назаров и др., 1988], изотопный состав благородных газов [Anufriev et al., 1987] и распределение родия, еще одного элемента-платиноида [Bekov et al., 1988]. Особенно важным представляется детальное исследование в Сумбарском разрезе элементного углерода, в том числе сажи [Wolbach et al., 1990]. Если максимальные содержания иридия и ударно-метаморфизованного кварца приурочены к подошве пограничной глины, то сажа и суммарный элементный углерод достигают пика в 7 см выше. Предполагается, что штормовые пожары начались до осаждения базального слоя глины, т.е. непосредственно после или вскоре после импактного события. Концентрация элементного углерода в разрезе СМ4 составляет 11 нг/см², что близко к среднему мировому уровню. Доля сажи (сферические частицы углерода диаметром менее 0,1 мкм) оценивается в 15%.