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

Обоснование защищаемых положений.

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.

В разрезах Южного Урала и скважинах юго-восточной части Русской платформы в нижнем карбоне установлено 16 фораминиферовых зон, характеристика которых приведена в главе 4. Большинство зон являются интервал-зонами, нижние границы которых определены по принципу первого появление вида-индекса в единой филогенетической линии. К комплексным зонам относятся зоны нижнетурнейского подъяруса Tournayellina pseudobeata, Earlandia minima, зона Monotaxinoides transitorius серпуховского яруса и перекрывающая ее зона Pl. varvariensis башкирского яруса среднего карбона. Комплексные зоны отвечают значительному сокращению общего видового разнообразия фораминифер

Изучение динамики видового разнообразия (ВР) фораминифер показывает, что в верхней части фаменского яруса девонской системы (зона Quasiendothyra kobeitusana) количество видов составляет более 40. В основании каменноугольной системы (гумеровский горизонт) оно снижается до 13, из новых появляется лишь зональный таксон T. pseudobeata. В зиганское и гумеровское время происходит вымирание квазиэндотирового сообщества и зарождение семейства Chernyshinellidae. Появление новых элементов наблюдается не одновременно, разрезы разных фаций по фораминиферам плохо сопоставимы. Зона T. pseudobeata является комплексной и включает местные слои с фауной. Наибольшее распространение она имеет в Казахстане. Малевское время отражает остановку развития фораминифер. В зоне Earlandia minima ВР остается примерно таким же (число видов 11). В раннем турне наблюдается самое низкое видовое разнообразие фораминифер раннекаменноугольной эпохи. Начиная с зоны Ch. disputabilis, ВР начинает постепенно возрастать, значительно увеличиваясь в зоне P. tchernyshinensis и достигая в верхах турне (косьвинский горизонт, зона Eotextularia diversa) 70-80. Для зонального расчленения турнейского яруса основную роль играет филогенетическая линия: Tournayellina - Prochernyshinella - Chernyshinella - Palaeospiroplectammina - Eotextularia. Зоны, выделенные на основе этой линии коррелируются глобально. Для определения нижней границы верхнетурнейского подъяруса общепризнанным является вид P. tchernyshinensis в этой линии (Вдовенко, 1989; Дуркина, 1997).

В косьвинское время появляется Eoparastaffella rotunda, начинающая ветвь, в которой E. simplex предложена в качестве маркера для установления нижней границы визейского яруса в мировом масштабе (Нance, 1997). Этот эволюционный репер E. rotunda - E. simplex прослеживается повсеместно в разрезах Евразии.

После некоторого снижения в верхней части нижневизейскоко подъяруса подъяруса ВР начинает нарастать, достигая максимума (более 100 видов) в верхневизейском подъярусе, что связано с развитием нескольких эволюционных линий, которые могут быть использованы для расчленения верхневизейских отложений.

На границе визейского и серпуховского ярусов ВР сокращается до 80 видов в наиболее благоприятных фациях и держится приблизиельно на этом уровне до верхней части верхнесерпуховского подъяруса, после чего начинает уменьшаться. Уменьшение видового разнообразия в конце серпуховского века и зарождение в это время новых элементов среднекаменноугольной фауны, происходящее на разных стратиграфических уровнях, не позволяет выделять зону по эволюционному принципу. Поэтому верхняя зона серпуховского яруса M. transitorius является комплексной и узнается по расцвету семейства Howchiniidae. Та же тенденция сохраняется в начале среднего карбона в вышележащей зоне Plectostaffella varvariensis, которая также является комплексной. В вышележащих башкирских отложениях наблюдается постепенное повышение видового разнообразие, связанное с прогрессивной эволюцией фузулинид. Это позволяет выделять зоны по эволюционному принципу.

Анализ динамики ВР показывает, что в пределах ярусов наименьшее число видов устанавливается в основании яруса. Максимальное число видов наблюдается в верхней половине яруса. Значительное сокращение ВР, связанное с вымиранием таксонов наблюдаются на рубеже девонской и каменноугольной систем и на рубеже нижнего и среднего карбона. Таким образом, на границах стратиграфических подразделений более высокого ранга происходит наибольшее сокращение видового состава фораминифер, связанное с вымиранием таксонов. В этих интервалах выделяются комплексные зоны.

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

Граница между турнейским и визейским ярусами

В свете ревизии стратиграфических подразделений типового региона Динанта Бельгии граница между турнейским и визейским ярусами соответствует границе между Ивуарским и Молиньяским подъярусами. Нижняя граница Молиньяского подъяруса проведена между фораминиферовыми зонами Cf4α1 и Cf4α2 (Dewist et al., 2006), что немного отличается от первоначального уровня в основании зоны Cf4α1 (Conil et al., 1977).

В настоящее время для определения нижней границы визейского яруса в глобальном масштабе обсуждается маркер Eoparastaffella simplex, имеющий широкое распространение в Евразии (Hance at al., 1997; Lees, 1997; Riley, 1994). Род Eoparastaffella и большинство его видов установлены на материале Донбасса (Вдовенко, 1954; 1971). Эволюционная смена Eoparastaffella Морфотип 1 - Eoparastaffella Морфотип 2 описана по разрезу Пенгчонг (Pengchong) в Южном Китае (Гуанси). Комплекс, содержащий Морфотип 1 (Eoparastaffella rotunda, E. interiecta, E. ovalis) в этом разрезе скоррелирован с зоной Cf4α1 Бельгии (Hance et al., 1997), которая ранее считалась ранневизейской и входила в состав Molinacean (Conil, 1989; Hance, 1997). Разрез Пенгчонг предлагается в качестве GSSP нижней границы визейского яруса (Devuyst et al. , 2003). В разрезах Урала и юго-востока Русской платформы наблюдается аналогичная смена комплексов фораминифер в переходном интервале от турне к визе. Комплекс зоны Е. rotundа коррелируется с комплексом подзоны Cf 4α1 по общим видам Eoparastaffella interiecta, E. ovalis, Elevenella parvula, первым Omphalotis sp. и ряду других видов. Хорошо сопоставляется с бельгийскими разрезами также комплекс вышележащей зоны E. simplex.

Если следовать определению границы визейского яруса в типовой местности, она должна лежать в основании зоны Еoparastaffella simplex. При этом зона Eostaffellina rotunda будет завершать последовательность зон турне (см. рис. 5). В стратиграфической схеме Русской платформы нижняя границы визейского яруса должна соответствовать основанию радаевского, а на Урале - основанию обручевского горизонтов.

Граница между визейским и серпуховским ярусами

Определение нижней границы серпуховского яруса является одной из приоритетных задач Международной подкомиссии по стратиграфии карбона. Появление конодонтов Lochriea ziegleri обсуждается как наиболее приемлемый маркер этой границы в глобальном масштабе (Richards, 2005). В типовой области серпуховского яруса в Подмосковье разрез представлен мелководными фациями и неполный. В нем недостаточно убедительно прослежена нижняя граница яруса и отсутствует самая верхняя часть. Поэтому для выбора стратотипа нижней границы серпуховского яруса особенный интерес представляют более полные разрезы, которые известны на Урале.

Серпуховские отложения в стратотипе, в разрезе Заборье, залегают на закарстованной кровле веневского горизонта (Кабанов, 2003). В основании яруса лежит фораминиферовая зона N. postrugosus, в которой помимо вида- индекса присутствует Janischewskina delicata (Гибшман, 2003).

Разрез Верхняя Кардаиловка (р. Урал), представленный относительно глубоководными карбонатными гониатитовыми фациями открытого шельфа, предложен нами в качестве кандидата для GSSP нижней границы серпуховского яруса (Nikolaeva et al., 2005). Появление вида L. ziegleri здесь отмечено вблизи основания слоев с Dombarites tectus и фораминиферовой зоны E. donbassicus. Этот уровень сопоставляется с зоной Neoarchaediscus postrugosus типового разреза серпуховского яруса в Заборье (основание сл. 3) (Gibshman, 2001; Кулагина, Гибшман, 2003). В США этому уровню соответствует основание формации Глен Дин (средний честер) в Кентукке (Gibshman, 2001; Гибшман, 2003) и формации Бич Крик типовой местности Миссиссипия в Иллинойсе (сборы Гибшман, Кулагиной, 2001 г.). Следует отметить высокий потенциал вида N. postrugosus для широких корреляций. Он известен в Подмосковье, на Урале в разнофациальных разрезах, в США, указан в нижней зоне серпуховского яруса N. parvus - Kazachstanodiscus Казахстана (Жаймина, 2006).

Для мелководных кораллово-брахиоподовых фаций все большее значение для определения нижней границы серпуховского яруса приобретает вид J. delicata, впервые описанный на Урале (Малахова, 1956). Важно присутствие данного вида в основании сунтурского горизонта в его стратотипе по р. Худолаз (восточный субрегион Урала), а также на Среднем Урале (по материалам Г. Пономаревой).

Маркерами границы между визейским и серпуховским ярусами могут служить следующие виды фораминифер: Neoarchaediscus postrugosus (Подмосковье, Южный Урал, Северная Америка; Janischewskina delicata (Подмосковье, Южный Урал) Eolasiodiscus donbassicus (Южный Урал, Прикаспий); "Millerella" tortula (Подмосковье, Северная Америка).

Граница между нижним и средним отделами карбона

В 1996 г. Международная подкомиссия по стратиграфии карбона утвердила границу между нижним и средним отделами в основании конодонтовой зоны Declinognathodus noduliferus (Постановления , 1998).

В стратиграфических схемах Урала (1993) нижняя граница среднего карбона по фораминиферам определена в основании зоны Eostaffella postmosquensis - Plectostaffella jakhensis, которой соответствует зона Plectostaffella bogdanovkensis общей шкалы России. Эта зона сопоставляется с аммоноидной зоной Homoceras и конодонтовой зоной D. noduliferus. В большинстве разрезов на Южном Урале, действительно, граница между нижним и средним карбоном устанавливается в основании этой зоны. Однако в наиболее полных и непрерывных разрезах первое появление D. noduliferus отмечается совместно с комплексом фораминифер, близким к серпуховскому (Кулагина и др., 1992). В этих разрезах зона D. noduliferus подразделяется на две подзоны Early и Late. Нижняя граница фораминиферовой зоны Pl. bogdanovkensis приблизительно совпадает с основанием зоны Late D. noduliferus. Отложения, соответствующие зоне Early D. noduliferus выделены нами в зону Plectostaffella varvariensis (Кулагина и др., 2000; Кулагина, 2000).

Комплекс фораминифер зоны P. varvariensis изучен по двум разрезам - Мурадымово и Бол. Кизил. Возможно, этому же уровню отвечает верхняя часть чернышевского горизонта в его стратотипе по р. Худолаз (Степанова, 1997; Кучева, Степанова, 2000). В Донбассе первые D. noduliferus появляются в верхней части запалтюбинского горизонта, содержащего переходный от серпуховского к башкирскому комплекс фораминифер (Верхнесерпуховский , 1983; Вдовенко и др., 1989). Зону P. varvariensis мы сопоставляем c зоной P. bogdanovkensis общей шкалы России.

3. Башкирский ярус целесообразно разделить на четыре подъяруса (сюранский, акавасский, аскынбашский и архангельский), каждый из которых определяется по биостратиграфическим данным, отражающим определенные этапы развития фауны. По фораминиферам подъярусам соответствуют этапы эволюции семейств Eostaffellidae (сюранский подъярус) и Profusulinellidae. Сюранский подъярус на Южном Урале включает богдановский и новый - каменногорский горизонты и фораминиферовые зоны Plectostaffella varvariensis, Pl. bogdanovkensis, Semistaffella minuscularia, S. variabilis. Акавасский подъярус соответствует фораминиферовой зоне Pseudostaffella antiqua c тремя подзонами. Аскынбашский подъярус соответствует зоне Pseudostaffella praegorskyi - Staffellaeformes staffellaeformis. Архангельский подъярус включает ташастинский и асатауский горизонты и зоны Ps. gorskyi, Profusulinella primitiva и Pr. tikhonovichi.

Новая стратиграфическая схема башкирского яруса предусматривает сохранение региональных подразделений Русской платформы и Урала в составе общих подъярусов для всей территории России. Предлагаемые подъярусы сопоставимы с подразделениями Западной Европы. Сюранский подъярус соответствует шокьерскому, элпортскому и киндерскаутскому подъярусам, акавасский - марсденскому, аскынбашский - едонскому, архангельский - нижней части вестфала - лангсетскому, идукманскому подъярусам (рис. 7). Введение подъярусоного расчленения способствует решению спорных вопросов в региональной стратиграфии Урала об объемах и границах богдановского, сюранского и асатауского горизонтов.

Нижняя граница башкирского яруса совпадает с международной срединной границей каменноугольной системы, основанием аммоноидной генозоны Homoceras - Hudsonoceras и конодонтовой зоны Declinognathodus noduliferus.

Каждая подъярусная граница приблизительно одного ранга. Нижняя граница акавасского подъяруса первоначально рассматривалась как нижняя граница башкирского яруса. Появление рода Pseudostaffella является выдержанным репером по фораминиферам. Нижняя граница аскынбашского подъяруса соответствует крупному рубежу в развитии фораминифер и конодонтов; она предлагалась в качестве подъярусной границы башкирского яруса (Объяснительная записка..., 1993). Нижняя граница архангельского подъяруса соответствует границе намюра и вестфала Западной Европы и отвечает крупному эволюционному рубежу в развитии аммоноидей, фораминифер и остракод.

Сюранский подъярус соответствует двум аммоноидным генозонам - Homoceras -Hudsonoceras и Reticuloceras - Bashkortoceras, конодонтовым зонам - D. noduliferus и I. sinuatus (большая нижняя часть), фораминиферовым зонам Pl. varvariensis, Pl. bogdanovkensis, S. minuscularia, S. variabilis, остракодовым зонам F. gratus и L. arcuata -A. gibberosa. На Урале подъярус подразделяется на два горизонта - богдановский и предложенный авторами (Кулагина и др., 2001) каменногорский. Богдановский горизонт отвечает генозоне Homoceras - Hudsonoceras, включает фораминиферовые зоны Pl. varvariensis, Pl. bogdanovkensis, S. minuscularia. Каменногорский соответствует генозоне Reticuloceras - Bashkortoceras. Его нижняя граница проходит в основании аммоноидной зоны Surenites krestovnikovi, соответствует основанию фораминиферовой зоны S. variabilis и остракодовых слоев с G. postuma.

Акавасский подъярус по объему отвечает акавасскому горизонту и фораминиферовой зоне Ps. antiqua, остракодовой зоне K. aperta. Его нижняя граница по цефалоподам совпадает с основанием зоны Bilinguites - Cancelloceras и приблизительно соответствует появлению конодонтов Neognathodus askynensis.

Аскынбашский подъярус соответствует аскынбашскому горизонту, фораминиферовой зоне Ps. praegorskyi - St. staffellaeformis, конодонтовой зоне I. sinuosus, остракодовой зоне B. magno-umbata, верхней части цефалоподовой зоны Bilinguites - Cancelloceras. Нижняя граница подъяруса отвечает крупному рубежу в развитии фауны фораминифер - появлению отряда Fusulinida (семейства Profusulinellidae) и конодонтов - появлению родов Idiognathodus и Streptognathodus, характерных для вышележащих отложений.

Архангельский подъярус объединяет ташастинский и асатауский региональные горизонты, соответствует аммоноидным генозонам Branneroceras - Gastrioceras и Diaboloceras -Axinolobus. Подъярус соответствует фораминиферовым зонам Pr. primitiva-Ps. gorskyi, Pr. rhombiformis и V. Spicata - Pr. tikhonovichi общей шкалы России и конодонтовой зоне D. marginodosus.

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 в ранневерейское время.

Нижняя граница московского яруса в общей шкале каменноугольной системы России проходит в основании гониатитовой зоны Diaboloceras - Winslovoceras, фораминиферовой зоны Aljutovella aljutovica и конодонтовой зоны Declinognathodus donetzianus - Idiognathoides postsulcatus.

На рубеже башкирского и московского веков фузулиниды образовали несколько филогенетических ветвей. Основные из них: Staffellaeformes - Depratina и Staffellaeformes - Profusulinella - Aljutovella.

Переходный род Tikhonovichiella Solovieva, 1996 объединяет примитивных представителей Aljutovellidae, которые отличается от альютовелл меньшими размерами, субромбоидальной формой раковины, слабо волнистыми перегородками, изредка дающие в сечении арочки в одном наружном обороте. Эти формы стоят ближе к роду Profusulinella, поэтому мы рассматриваем его в ранге подрода этого рода.

В разрезе Аскын граница между башкирским и московским ярусами традиционно помещается в основании слоя 31 (Синицына, 1975; Синицына, Синицын, 1987; Синицына и др., 2002). В этом слое появляются Depratina prisca в эволюционном ряду Staffellaeformes staffellaeformis - Depratina praeprisca - D. prisca, а также первые переходные формы Pr. (Tikhonovichiella) с фрагментами слабоволнистых септальных перегородок. Однако типичные представители Aljutovella aljutovica, зонального вида нижней зоны московского яруса, встречены не с основания установленной границы, а выше по разрезу, в слое 35. Интервал от первого появления переходных форм с тенденцией к складчатости септальных перегородок, содержащих также типичных D. prisca до первого появления A. aljutovica выделен нами в новую зону D. prisca.

Таким образом, на Южном Урале в пограничных отложениях башкирского и московского интервала выделяются зоны: Profusulinella tikhonovichi в кровле башкирского яруса и зоны Depratina prisca и Aljutovella aljutovica в солонцовском горизонте верейского подъяруса московского яруса (рис.8).

В разрезах Уклыкая и Серять сохраняется последовательность появления видов, установленная на Аскыне. В этих же разрезах изучено распространение конодонтовой фауны и характерно то, что появление вида Neognathodus uralicus фиксируется приблизительно на одном уровне, между появлением D. prisca и A. aljutovica (Кулагина, Пазухин, 2002).

Аналогичная последовательность появления видов в пограничном интервале описана в Пермской области (Вилесов, 2002). В разрезе Сокол по р. Чусовой (Средний Урал) Р.М.Иванова (1999) разделила асатауский горизонт по фузулинидам на две части. В верхней части горизонта присутствуют типичные D. prisca, первые редкие Aljutovella fallax, Skelnevatella cybaea, Verella spp. По нашему мнению этот интервал соответствует нижней части солонцовского горизонта московского яруса Южного Урала, зоне D. prisca. Ей соответствует в Испании нижняя часть формации Lena Кантабрийских гор с близким комплексом фораминифер, отнесенный к московскому ярусу (Villa et al., 2001).

Обобщение данных по распространению фузулинид в пограничных отложениях башкирского и московского ярусов в Евразии показывает, что на этой территории в башкирское время шло развитие единого ствола фузулинид с небольшими провинциальными особенностями.

Трудность корреляции со средним пенсильванием Американского континента связана с тем, что в Северной Америке зафиксированы лишь фрагменты этого ствола из-за периодического характера миграции фузулинид из Евразии в Северную Америку. Волна обширной миграции приходится на поздневерейское-каширское время, когда в бассейнах Мидконтинента США и Русской платформы отмечается максимальное количество близких видов. Сравнение циклов осадконакопления этих регионов позволяет предположить, что миграция связана с эпохой потепления и могла осуществляться через зону Баренца-Франклина (Groves et al., в печати).

Таким образом, на Южном Урале фиксируются следующие эволюционные изменения, которые можно использовать для определения нижней границы московского яруса. 1) Формирование вздуто-веретенообразной раковины в линии Steffellaeformes - Depratina. 2) Появление коротко-веретенообразных и субромбических альютовеллид с фрагментарной складчатостью - Aljutovella subaljutovica, Skelnevatella skelnevatica). 3). Появление удлиненно-веретенообразных форм в линии Profusulinella pararhomboids - Pr. (T.) pseudoaljutovica - Aljutovella aljutovica со складчатыми септами.