Биостратиграфия нижнего и среднего карбона Южного Урала и юго-востока Русской платформы по фораминиферам

Общая характеристика работы.

Актуальность исследований

Изучение фораминифер карбона продолжается уже около 150 лет. С тридцатых годов прошлого века эта группа фауны заняла ведущее место в расчленении каменноугольных отложений. За последнее время произошли существенные изменения в систематике фораминифер, были уточнены филогенетические схемы, появились новые данные о стратиграфическом и географическом распространении видов. В связи с этим в 1998 г. комиссия МСК по каменноугольной системе приняла решение об обновлении стратиграфической шкалы карбона и зональных шкал России. В это же время активизировались работы по разработке Международной хроноcтратиграфической шкалы каменноугольной системы. Для включения отечественных подразделений в Международную шкалу требовалось их всестороннее обоснование с учетом современных требований, уточнение стратиграфического распространения зональных видов, выявление четких диагностических признаков и эволюционных линий таксонов-маркеров, поиска разрезов, содержащих эти эволюционные линии и выбор стратотипических разрезов и точек (GSSP). Необходимо было усовершенствовать зональную фораминиферовую шкалу на основе нового подхода, учитывающего первое появление видов-индексов в единых филогенетических линиях и условия осадконакопления.

Русская платформа и Южный Урал являются ключевыми регионами, на основе которых разрабатывалась общая фораминиферовая зональная шкала карбона России. Однако на Русской платформе зафиксирован ряд перерывов в осадконакоплении, поэтому многие вопросы стратиграфии карбона можно решить на разрезах Урала, содержащих полную последовательность фораминиферовых зон. Разрезы Южного Урала по своей полноте и охарактеризованности различными группами ископаемых остатков могут претендовать в глобальные стандарты границ стратиграфических подразделений, в частности в определении GSSP между визейским и серпуховским, башкирским и московским ярусами. Изучение фораминифер из разрезов Южного Урала, содержащих ортостратиграфические группы фауны - конодонты и аммоноидеи, позволяет устанавливать соотношения зон между ними и проводить межрегиональные и планетарные корреляции разнофациальных отложений. На Южном Урале находится стратотип башкирского яруса, который вошел в проект международной шкалы карбона. Поэтому изучение фораминифер башкирского яруса и усовершенствование его зонального расчленения является особенно актуальным.

Исследования выполнялись в рамках проектов РФФИ <Башкирский ярус. Ранг его подразделений и корреляция> (1997-1999), <Биозональный стандарт серпуховского яруса: зональные шкалы, обстановки осадконакопления и палеогеография типовой местности, межрегиональная корреляция> (1999-2001), <Выбор и обоснование глобальных стратотипических разрезов и точек (GSSP) для московского, касимовского и гжельского ярусов каменноугольной системы> (2003-2004); <Выбор разрезов и биостратиграфическое обоснование глобальных стратотипов границ визейского и серпуховского ярусов нижнего карбона (2004-2005); проекта Управления по недрам Республики Башкортостан <Башкирский ярус как единица Глобальной стратиграфической шкалы> (2000-2001), международного проекта <Фораминиферовая биостратиграфия пограничного Башкирско-Московского / Морроуанского-Атоканского интервала> (2003-2005), а также в соответствии с задачами рабочих групп Международной Подкомиссии по стратиграфии карбона, в которых состоит автор, а именно <Рабочей группы по установлению GSSP вблизи современной границы башкирского и московского ярусов>> и <Рабочей группы по визе-серпуховской границе>.

Цель и задачи

Цель работы - изучение закономерностей распространения и эволюции фораминифер в раннем и среднем карбоне Южного Урала и юго-восточной окраины Русской платформы, повышение корреляционного потенциала этой группы фауны для обоснования границ стратиграфических подразделений.

Для этого решались следующие задачи.

1. Детальное изучение распространения фораминифер в опорных и типовых разрезах нижнего карбона и башкирского яруса Южного Урала и скважинах Оренбургского Прикаспия.

2. Систематическое описание зональных и характерных видов, включающее переописание и ревизию видовых таксонов на базе изучения голотипов.

3. Анализ эволюционного развития ведущих групп фораминифер.

4. Разработка детальной зональной схемы расчленения нижне- и среднекаменноугольных (башкирских) отложений по фораминиферам.

5. Выявление глобальных маркеров для обоснования границ стратиграфических подразделений

6. Региональная и планетарная корреляция фораминиферовых подразделений.

Научная новизна

Впервые на конкретных разрезах Южного Урала показана полная фораминиферовая последовательность от нижней границы нижнего карбона до границы башкирского и московского ярусов среднего карбона включительно и выявлено соотношение фораминиферовых зон с подразделениями по ортостратиграфическим группам фауны - конодонтам и аммоноидеям. Эта последовательность прослежена также в скважинах юго-восточной части Русской платформы.

На основе изучения систематического состава и стратиграфического распространения фораминифер в опорных разрезах внесены уточнения и дополнения в Общую зональную фораминиферовую шкалу России нижнего карбона и башкирского яруса среднего карбона. Дана характеристика 17-и биозональным подразделениям нижнего карбона, 13-ти подразделениям башкирского яруса и двум зонам московского яруса изученной территории.

Впервые нижние границы фораминиферовых зон нижнего карбона определены по первому появлению вида-индекса в единой эволюционной линии или коротко живущему виду. Показана возможность применения этого принципа на отрезках филогенетических ветвей, отражающих стадию закрепления морфологических признаков и дивергенцию. В этих интервалах зоны комплексного обоснования заменены интервал-зонами. На отрезках филогенетических ветвей, отражающих стадию формирования новых элементов на фоне уменьшения общего видового разнообразия, выделены комплексные зоны.

Впервые на Урале выделена фораминиферовая зона Eoparastaffella rotundа, завершающая турнейский ярус и соответствующая зоне Cf4 α 1 стратотипического региона Динанта Бельгии.

Пересмотрена корреляция кизеловского и черепетского горизонтов Урала и Русской платформы. В изученных разрезах объем кизеловского горизонта ограничен зоной Spinoendothyra costifera.

Разработана новая стратиграфическая схема башкирского яруса, включающая четыре подъяруса. Каждый подъярус соответствует определенному этапу развития фауны. Обосновано деление сюранского подъяруса на Урале на два горизонта - богдановский и новый - каменногорский.

Впервые дано детальное расчленение нижней части башкирского яруса на основе изучения филогении семейства Pseudostaffellidae. Выделены четыре новые зоны в сюранском и три новые подзоны в акавасском подъярусах.

Выделены две параллельные филогенетические линии в семействе Howchiniidae, обосновано их значение для стратиграфического расчленения серпуховского яруса.

Проведено палеонтологическое описание зональных видов фораминифер нижнего карбона и башкирского яруса среднего карбона с уточнением их стратиграфического и географического распространения. Ряд видов описано по материалам Урала впервые.

Впервые изучено изменение видового разнообразия фораминифер на границах девонской и каменноугольной систем, турнейского/визейского, визейского и серпуховского, серпуховского и башкирского, башкирского и московского ярусов, выявлены межрегиональные и планетарные маркеры.

Практическая значимость

Практическое применение имеет разработка детальной биостратиграфической основы расчленения нижне-среднекаменноугольных отложений Южного Урала и прилегающих к нему районов Оренбургской области.

Результаты изучения фораминифер использованы при разработке региональной стратиграфической схемы Урала (Стратиграфические , 1993); при составлении легенды к Геологической карте Российской Федерации масштаба 1:1000000 (новая серия), листа N 40. Уточнения и дополнения в зональной фораминиферовой последовательности, произведенные в конкретных разрезах Урала послужили основой для обновления Общей зональной шкалы России. Разработанная новая стратиграфическая схема башкирского яруса утверждена в Постановлениях МСК в 2005 г. Полученные данные изложены в госбюджетных (1985, 1990, 1995, 2001) и хоздоговорных отчетах (1984, 1998-2002) и используются при геологических работах, как на территории Южного Урала, так и при поисковых работах на нефть и газ Оренбургской области.

Фактический материал

Фактический материал, положенный в основу работы происходит из каменноугольных отложений Южного Урала и юго-восточной части Русской платформы (рис.1). Основной материал собран автором при выполнении тематических и договорных работ в Институте геологии Уфимского научного центра в течение 1977-2005 гг. С высокой степенью детальности изучено 30 основных разрезов. Помимо собственных сборов использованы образцы из сборов Н.М.Кочетковой, Я.Л.Лутфуллина и В.Н.Пазухина разных лет. Коллекции фораминифер NN 121- 123 (более 6000 шлифов) из разрезов Южного Урала хранятся в Институте геологии УНЦ РАН. Для описания фораминифер башкирского яруса из его стратотипа (разрез Аскын) привлечены материалы из коллекций З.А.Синицыной, собранных в 1957-1980 гг. (коллекции N 592 и N 640, Геологический музей г. Уфы, более 3000 шлифов). Образцы из разрезов 10-ти скважин юго-востока Русской платформы (Оренбургская область) предоставлены <Оренбурггазпром>. Для региональных и глобальных корреляций кроме литературных источников использованы коллекции из личных сборов автора, собранные во время Всероссийских и Международных экскурсий по разрезам Донецкого бассейна (1988), Подмосковья (1998), Среднего Урала (2002), стратотипа границы Миссиссиппия и Пенсильвания в Эрроу Каньоне (1997), типовых разрезов Миссиссиппия (2001) и Динанта Бельгии (2005).

Апробация работы

Результаты работы и основные положения докладывались:

На региональных и межрегиональных конференциях: IV Межрегиональном совещании по утверждению Унифицированной схемы Урала (Свердловск, 1990 г.); V Республиканской геологической конференции <Геология, полезные ископаемые и проблемы геоэкологии Башкортостана> (Уфа, 2003); Второй региональной научно-практической стратиграфической конференции <Фанерозой Волго-Уральской, Прикаспийской и Северо-Кавказской нефтегазоносных провинций: стратиграфия, литология, палеонтология> (Саратов, 2004); VI Межрегиональной научно-практической стратиграфической конференции <Геология, полезные ископаемые и проблемы геоэкологии Башкортостана> (Уфа, 2006).

На Всероссийских совещаниях: всесоюзных коллоквиумах по каменноугольным фораминиферам (Пермь, 1988 г.; Свердловск, 1990 г.); сессиях Палеонтологического общества - 44-ой, 47-ой, 50-ой и 52-ой (С.-Петербург, 1997, 2004, 2006 гг.; Москва, 2003 г.); всероссийском совещании: <Границы ярусов и биотические события среднего и позднего карбона> (Москва, 1998 г.), <Зональные подразделения карбона Общей стратиграфической шкалы России> (Уфа, 2000 г.).

На Международных совещаниях: Полевом международном совещании по срединной границе карбона (Донецк, 1988 г.); Первом международном симпозиуме <Биостратиграфия нефтегазоносных бассейнов> (С.-Петербург, 1994 г.); симпозиумах по палеозойским бентосным фораминиферам (Белингем, 1997 г.) и (Анкара, 2001 г.); Международном совещании <Биостратиграфическое обоснование ярусных границ каменноугольной системы Восточной Европы> (Екатеринбург, 2002 г.), межконгрессном совещании Международной Подкомиссии по каменноугольной системе (Льеж, 2005 г.). Стендовые доклады представлялись на Международных конгрессах по стратиграфии карбона и перми в 1999 г. (Канада, Калгари) и в 2003 г. (Нидерланды, Утрехт).

По теме диссертации опубликованы 3 монографии в соавторстве и более 50 статей.

Защищаемые положения

1. Определение границ фораминиферовых зон нижнего карбона по принципу первого появления вида-индекса в единой филогенетической линии прогрессивно эволюционирующей ветви фораминифер дает наилучшие результаты для выявления изохронных уровней и межрегиональных корреляций. Применение этого принципа возможно на отрезках филогенетических ветвей, отражающих стадию закрепления морфологических признаков и дивергенцию; на отрезках, отражающих стадию формирования новых элементов на фоне уменьшения общего видового разнообразия, лучше выделять комплексные зоны.

2. Ярусные границы стратиграфических подразделений общей шкалы карбона должны соответствовать границам этих подразделений в стратотипических регионах. Граница между турнейским и визейским ярусами должна отвечать основанию зоны Eoparastaffella simplex, что соответствует границе ивуарского и молиньяского подъярусов Бельгии. Нижняя граница серпуховского яруса, установленного в России в Подмосковном бассейне, отвечает нижней границе зоны Neoarchaediscus postrugosus - Janischewskina delicata. Нижняя граница среднего отдела и миссиссипской подсистемы, которая в международной шкале принята по появлению конодонтов Declinognathodus noduliferus, соответствует основанию фораминиферовой зоны Plectostaffella varvariensis.

3. Башкирский ярус целесообразно разделить на четыре подъяруса (сюранский, акавасский, аскынбашский и архангельский), которые отражают крупные этап развития фауны. По фораминиферам деление на подъярусы обосновано эволюцией семейств Eostaffellidae (сюранский подъярус) и Profusulinellidae. На Южном Урале башкирский ярус подразделяется на шесть горизонтов. Сюранский подъярус включает богдановский и новый, каменногорский горизонты, а также фораминиферовые зоны Plectostaffella varvariensis, Pl. bogdanovkensis, Semistaffella minuscularia, S. variabilis. Акавасский подъярус соответствует фораминиферовой зоне Pseudostaffella antiqua c тремя подзонами. Аскынбашский подъярус соответствует зоне Pseudostafella praegorskyi - Staffellaeformes staffellaeformis. Архангельский подъярус включает ташастинский и асатауский горизонты и зоны Ps. gorskyi, Pr. primitiva и Profusulinella tikhonovichi.

4. В пограничных отложениях башкирского и московского ярусов отмечаются эволюционные изменения в филогенетических линиях фузулинид Staffellaeformes - Depratina и Profusulinella - Aljutovella, которые могут быть использованы для фиксации нижней границы московского яруса. Эта граница прослеживается глобально на территории Евразии. В Северной Америке в Мидконтинент-Анденской провинции комплекс зоны Aljutovella aljutovica появляется в результате миграции через зону Баренца-Франклина, связанной с глобальной трансгрессией, начавшейся в ранневерейское время.

Благодарности

Автор глубоко признателен коллегам, совместно с которыми проводились тематические биостратиграфические исследования и полевые работы - В.Н. Пазухину, Н.Н. Кочетовой, Н.М. Кочетковой, С.В. Николаевой. Особо хочется поблагодарить Н.Б. Гибшман, которая была инициатором совместных работ по разработке зональной фораминиферовой шкалы нижнего карбона и З.А.Синицыну, передавшую материалы по фораминиферам из стратотипа башкирского яруса и делившаяся своими знаниями и многолетним опытом работы на разрезах карбона Урала. На начальных этапах работы большая помощь в изучении фораминифер была оказана Е.А.Рейтлингер. Директор Института геологии УНЦ РАН В.Н. Пучков проявлял всесторонний интерес и оказывал помощь в проведении исследований. Ценные научные советы и консультации автор получал от И.С. Барскова и Б.И. Чувашова. Неоценимую помощь в работе имело общение с коллегами - А.А. Алексеевым, Н.Н. Горевой, Р.М. Ивановой, Т.Н. Исаковой, З.С. Румянцевой, Н.А. Кучевой, Т.И. Степановой, П.А. Костыговой, О.Л. Коссовой, Г.В. Пономаревой, Т.В. Дженчураевой, В.Я. Жайминой, О.Б. Орловой, Э. Виллой, П. Бренклем, Дж. Гровсом, с которыми обсуждались различные вопросы по стратиграфии карбона и изучения фораминифер, а также Е.Н. Горожаниной и В.М. Горожаниным, с которыми решались вопросы фациального анализа и региональной геологии. Т.Н. Исакова и Т.В. Филимонова помогли в изучении голотипов фораминифер, хранящихся в ГИНе. Всем вышеперечисленным лицам автор искренне благодарен. Автор особо признателен А.А. Алексееву и Е.Л. Зайцевой, прочитавшим рукопись и сделавшим ряд ценных замечаний, а также Н.Н. Кочетовой, оказавшей большую помощь в оформлении работы.

Структура и объем работы

Диссертация общим объемом (370) стр. состоит из введения, 7 глав, заключения и приложения. Приложение состоит из таблицы стратиграфического распространения около 500 видов фораминифер изученной территории и палеонтологические таблицы (31) с объяснениями к ним.