Ритмичность осадконакопления и следы аноксических событий в меловых (альб-сеноманских) отложениях Восточной Камчатки

Положение 2. "Увеличение биопродуктивности фитопланктона и аноксические/эвксинные условия способствовали накоплению в сапропелевых углях и сапропелевых горючих сланцах смагинской ассоциации фосфора, бария, РЗЭ, ряда рудных элементов и благородных металлов (Cu, Ni, Zn, Mo, V, U, As, Au, Pt)".

В 2005 году при проведении маршрутов Д.П. Савельевым и А.В. Ландером в верховьях левого притока р. Каменной среди светло-серых кремнистых пород был обнаружен слой сапропелевого угля мощностью несколько сантиметров (Савельев и др., 2007). Ранее, по данным М.К. Бахтеева и соавторов (1992) и М.Е. Бояриновой (Бояринова и др., 2007), в яшмах из пакетов карбонатно-кремнистого переслаивания смагинской свиты наблюдалась тонкая примесь рассеянного углефицированного органического вещества. Автором диссертации детально изучены разрезы и обнажения, в которых углистые прослои залегают среди яшм, кремней и известняков смагинской ассоциации.

В разрезе 565 присутствует два углистых прослоя (рис. 3). Нижний из них имеет мощность 2 см, в 4 м выше по разрезу находится второй прослой, мощностью 5-7 см. Вблизи углистых прослоев кремнисто-карбонатные породы теряют свою красноватую окраску, известняки приобретают светло-серый цвет, а кремнистые прослои становятся зеленовато-серыми или темно-серыми до черных. На левом притоке р. Каменной углистые породы обнаружены еще в нескольких точках наблюдения. Они залегают среди сильно тектонизированных кремнистых и карбонатно-кремнистых пород. В 3 км к юго-юго-западу от разреза 565, на руч. Луговом, описан разрез 725, также содержащий углистый прослой. Во всех случаях углистые породы залегают согласно с вмещающими отложениями, повторяя все их деформации в складках.

Элементный анализ углистого вещества показал высокую массовую долю водорода в керогене, которая свидетельствует о морском происхождении органического вещества. На диаграмме Ван-Кревелена (рис. 7) проанализированные пробы соответствуют первому (сапропелевому) типу керогена, формирующемуся за счет водорослевых липидов.

Рис. 7. Угли смагинской ассоциации на диаграмме Ван-Кревелена. I - кероген морского происхождения; II - кероген смешанного происхождения; III - кероген наземного происхождения. Точки на графике - положение углей смагинской ассоциации.

Зольность углистых пород составляет от 27 до 75%. В золе преобладает кремнезем. По одной из наиболее распространенных классификаций (Месторождения , 1988), углистые породы с руч. Лугового могут быть названы сапропелевыми горючими сланцами, а большинство углистых пород с притока р. Каменной - сапропелевыми углями. Содержание органического углерода в этих породах колеблется от 18 до 53%.

Микрозондовый анализ сапропелевого угля из верхнего углистого прослоя разреза 565 показал наличие следующих минеральных фаз: кремнезем, пирит, иллит-монтмориллонит, апатит, барит, сидерит, сфалерит, сульфат железа, фосфат железа. Кремнезем образует изометричные скопления, видимо, полурастворенные скелеты радиолярий, которые заметны также и в прозрачных шлифах. Пирит наблюдается в форме фрамбоидных выделений, напоминающих ягоды малины. Апатит представлен костным детритом в виде фекальных пеллет и отдельных обломков.

Спектр РЗЭ золы сапропелевых углей параллелен спектру яшм и известняков, что свидетельствует о едином источнике, каковым были придонные воды. Однако, содержание РЗЭ в углистых прослоях значительно выше. Это можно объяснить повышенными содержаниями костного детрита, сорбировавшего РЗЭ из придонной воды. Наблюдается сильная корреляция между фосфором, Y и РЗЭ (коэффициент корреляции 0,96-0,98). Спектр золы углей по содержанию РЗЭ и форме подобен спектру костных фосфатов из северной пелагической зоны Тихого океана (Батурин, 2004) (рис. 2).

Содержания V, Ni, Cu, Zn, Ba, Zr, Mo, Y, As, Cr, U в золе углей в 10-1000 раз превышают содержания этих элементов в яшмах и известняках изученного разреза (рис. 5, табл. 1). Концентрации некоторых рудных элементов (V, Ni, Cu, Zn) достигают в золе углей десятых долей процента (n x 1000 г/т).

Обогащение осадка Ba, Ni, Cu, Zn связано непосредственно с жизнедеятельностью планктона, с его высокой продуктивностью. Живой фитопланктон усваивает эти микроэлементы в процессе метаболизма (Шулькин, 2004; Brumsack, 2006; Tribovillard et al., 2006). При разложении планктонной некромассы они высвобождаются. Ва входит в осадке в состав барита. Мо, U и V обычно концентрируются в осадке в аноксических и эвксинных условиях (Tribovillard et al., 2006). Mn в этих условиях, наоборот, уходит из осадка. Отношение Mo/Mn в золе сапропелевых углей (рис. 8) соответствует эвксинным условиям (т.е. сульфатредукции и выделению сероводорода в придонные воды) (Холодов, 2006). Этот же показатель для сапропелевых сланцев с ручья Лугового соответствует переходным (дизоксическим или аноксическим) условиям. Существование сульфатредукции в осадке подтверждается наличием фрамбоидов - микроскопических сфероидальных агрегатов зерен пирита, которые обычно связывают с деятельностью микроорганизмов (Bellanca et al., 2002). Скопления фосфатизированных рыбных скелетов и их обломков также являются хорошим индикатором сероводородного заражения придонных вод (Холодов, 2006).

Рис. 8. Отношения Mo/Mn в породах смагинской ассоциации. Условия осадконакопления в соответствии с коэффициентом Mo/Mn (по В.Н. Холодову, Р.И. Недумову, 1991).

Содержания Pt в золе углей достигают 1 г/т, Pd - 0,4 г/т. Содержания золота достигают 0,327 г/т в углях и 0,803 г/т в золе углей из этой же пробы. Обогащение углистых прослоев благородными металлами может быть связано с образованием металлоорганических комплексов на этапе седиментогенеза (Волохин, Иванов, 2007).

Итак, источником органического вещества сапропелевых углей и сланцев, единичные прослои которых присутствуют в карбонатно-кремнистых пакетах смагинской ассоциации, являлся фитопланктон. Высокие содержания Ва и других питательных микроэлементов в углистых прослоях говорят об эвтрофных условиях в фотической зоне и высокой продуктивности планктона. Наличие фрамбоидных выделений пирита, костного детрита, повышенные концентрации Мо, U, V, пониженные содержания Mn в углистых породах свидетельствуют об аноксических/эвксинных условиях, существовавших в осадке во время их отложения и способствовавших сохранению органики.