Условия формирования мезозойских отложений Баренцевоморского региона

5. Мезозойские осадочные комплексы Баренцевоморского региона: вещественный состав и обстановки формирования.

5.1. Основные методы исследования. Палеогеографические реконструкции и литолого-фациальный анализ были выполнены для восьми возрастных срезов: индского, анизийского, карнийского, волжского, келловейского, берриасского-нижнеготеривского, поздневаланжин-готеривского и аптского. Источники сноса определялись методом изотопно-геохронологического изучения детритовых цирконов на установке SHRIMP. Всего U-Pb методом были изучены 25 образцов песчаников, из которых 13 образцов из скважин Баренцева моря, два образца из скважины Нагурская на Земле Франца Иосифа, остальные 10 образцов были отобраны из естественных обнажений на архипелагах Земля Франца Иосифа и Шпицберген. Всего было произведено около 940 определений U-Pb возраста единичных зерен цирконов, из которых по техническим причинам было забраковано не более 5% анализов. Sm-Nd изотопная систематика и геохимический состав изучались в 40 образцах (17 песчаников и 23 аргиллита), из них 14 образцов из обнажений и 26 образцов из разрезов скважин Баренцева моря. Для определения кайнозойского аплифта автором было выполнено одномерное моделирование с использованием пакета программ Petromod по четырем скважинам, характеризующим разные структурно-тектонические элементы.

Рис. 2. Лито-фациальная схема разреза триасовых отложений Баренцевоморского региона.

Рис.3. Лито-фациальная схема разреза юрских отложений Баренцевоморского региона.

Рис.4. Лито-фациальная схема разреза меловых отложений Баренцевоморского региона.

5.2. Триасовый осадочный комплекс. Формирование триасовых отложений происходило в условиях активного заполнения триасового бассейна осадочным материалом, поступавшим со стороны Уральского орогена. На востоке преобладали континентальные обстановки осадконакопления, которые в западном направлении постепенно сменялись прибрежно-морскими и мелководно - морскими (рис. 5). Кратковременные трансгрессии моря установлены для среднетриасового, раннекарнийского и ранне-средненорийского времени. Среднетриасовая трансгрессия привела к формированию глинистых толщ, богатых органикой. Ранне - средненорийская трансгрессия в конце нория сменяется обширной регрессией, в результате которой большая часть Баренцевоморского региона представляла собой область денудации.

Рис. 5. Реконструкции палеогеографических обстановок для (а) раннего, (б) среднего и (в) позднего триаса (Atlas , 2009).

Баренцевоморский бассейн в раннем триасе испытывал устойчивые нисходящие дифференцированные по амплитуде тектонические движения, обусловившие непрерывность осадконакопления. Наиболее интенсивно прогибались центральные районы Южно- Баренцевской впадины, где сформировалась толща мощностью 4000-5000 м. Нисходящие движения меньшей амплитуды (М = 2000-3000 м) характерны для большей части Восточно- Баренцевского мегапрогиба. В индское время морские условия существовали в северной и западной частях Баренцевоморского региона. Морские обстановки осадконакопления зафиксированы на Земле Франца-Иосифа, где в толще серых и черных аргиллитов и алевролитов содержится фауна фораминифер, пелеципод и остатки рыб. К северу и северо-востоку от платформы Финнмарк по сейсмическим данным фиксируется проградация окраины шельфа, выраженная серией смещающихся на север-северо-восток индских клиноформ. Установлено нескольких каналов поступления обломочного материала. Источником терригенных осадков для платформы Финнмарк, бассейна Хаммерфест и бассейна Нордкапп был Фенноскандинавский щит.

Результатами проведения U-Pb изотопно-геохронологического, Sm-Nd изотопного и геохимического изучения нижне-среднетриасовых песчаников из скважин Баренцева моря и Земли Франца Иосифа было установлено, что главным источником сноса обломочного материала являлся регион, расположенный к востоку от Баренцева моря и Земли Франца Иосифа (Худолей А. К., 2006). Им, видимо, являлся герцинский орогенный пояс с широким развитием каменноугольно-пермских гранитов с возрастами около 262, 306, 350 млн лет. Эти датировки не характерны для типичных герцинид Урала. В то же время граниты каменноугольно-пермского возраста характерны для раннегерцинской Северо-Таймырско-Североземельской складчатой области. На юге и западе Баренцевоморского региона намечается субпровинция, отложения которой формировались за счет размыва герцинид при значимом участии каледонид (рис.6).

Рис. 6. Сводная диаграмма относительной вероятности распределения 206Pb/238U возрастов обломочных цирконов в песчаниках нижнего триаса.

Палеогеографические обстановки среднетриасового времени в целом наследуют раннетриасовые. Обстановки прибрежной лагунно-дельтовой равнины занимали большую часть Восточно-Баренцевского мегапрогиба. Для этой области, судя по результатам бурения на Крестовской, Лудловской и Ферсмановской площадях, характерны литофации пестроцветных и сероцветных глин и алевритов, содержащие остатки наземной флоры, пресноводных двустворчатых моллюсков и членистоногих, реже - остатки морских организмов. Песчаные литофации русловых каналов (М = от 10 до 30 м) не выдержаны по площади и имеют резко подчиненное значение. К северо-западу от архипелага Шпицбергена аргиллиты, алевролиты и песчаники откладывались в морских условиях. Встречаются черные фосфатоносные аргиллиты, обогащенные органикой.

В среднетриасовое время интенсивность тектонических движений затухает, хотя общая тенденция, выраженная в преобладании нисходящих движений, сохраняется. В пределах Восточно-Баренцевского мегапрогиба четко обособляются два депоцентра прогибания, Северо- и Южно-Баренцевский, разделенные относительно стабильной Штокмановско-Лунинской перемычкой. В их пределах мощность среднетриасовых отложений составляет 2000-3000 м, сокращаясь до 0-1500 м на перемычке.

Распределение возрастов обломочных цирконов в песчаниках Шпицбергена свидетельствует о преобладании цирконов возраста 238 млн лет, что соответствует среднему триасу. По мнению Худолея А. К., процессы кислого магматизма и седиментации были практически одновременными. Гранитный магматизм этого возраста широко проявлен в Северо-Таймырской складчатой области. Близкие комплексы цирконов установлены также на Земле Франца Иосифа. Отличительной особенностью является присутствие цирконов с возрастом 506, 564 млн лет, что соответствует возрасту поздних байкалид.

В позднетриасовое время площадь морского бассейна продолжает сокращаться. На большей части Баренцевоморского региона для карнийского времени реконструируется осадочный бассейн, в котором преобладали континентальные обстановки осадконакопления. Мелководно-морской бассейн сохраняется в наиболее западной части Баренцевоморского региона. Отложения представлены толщей переслаивания аргиллитов, алевролитов и песчаников, содержащей маломощные линзы и прослои углей и углистых пород. Мощность толщи изменяется от 200 до 450 м. Повсеместно отмечено увеличение песчанистости разреза в его средней и верхней частях. Толщина песчаных пачек достигает 25 м.

В позднетриасовое время выделяются два основных источника обломочного материала: ранние герциниды, для которых характерны цирконы с возрастами 255, 289, 300 млн лет, и каледонский комплекс с возрастом цирконов 408 (ранний девон), 446 (поздний ордовик) млн лет. (Худолей А. К., 2006). График распределения возрастов обломочных цирконов в верхнетриасовых песчаниках Земли Франца-Иосифа почти точно повторяет график для среднетриасовых песчаников Земли Франца-Иосифа с преобладанием обломочных зерен герцинского возраста (240-320 млн лет), широким развитием продуктов размыва тиманид (515-680 млн лет) и редкими зернами с возрастами 900-1900 млн лет. Наличие двух зерен архейского возраста указывает на появление в источнике сноса фундамента древней платформы. Песчаники Лудловской и Куренцовской площадей характеризуются доминирующей ролью обломков цирконов герцинского возраста (250-390 млн лет), а также заметным увеличением роли обломков с возрастом древнее 900 млн лет. Среди них обломочные цирконы с возрастом 900-1600 млн лет образовались скорее всего за счет перемыва более древних осадков, тогда как цирконы древнее 1800 млн лет являются продуктами эрозии фундамента древней платформы. Характерная особенность всех образцов верхнетриасовых песчаников - появление разрыва не менее 15-20 млн лет между возрастом самого молодого обломочного зерна и временем осадконакопления, свидетельствующего о прекращении синхронного осадконакоплению гранитного магматизма. Наибольшая величина разрыва между возрастом песчаников и самыми молодыми обломочными зернами фиксируется на юге региона в Куренцовской скважине, где наиболее молодые обломочные цирконы образуют отчетливый пик около 300 млн лет.

5.3. Юрско-нижнемеловой осадочный комплекс. Данный комплекс соответствует полному трансгрессивно-регрессивному циклу осадконакопления. Юрские отложения плащеобразно перекрывают структуры, сформировавшиеся в палеозой-триасовое время. Мощность юрского комплекса изменяется от 150-200 м на палеоподнятиях до 500-1100 м во впадинах. На отдельных положительных структурах в зоне Центрально-Баренцевских поднятий отложения полностью размыты в период позднемелового-кайнозойского регионального поднятия. На большей части Восточно-Баренцевского мегапрогиба реконструируются обстановки мелкого моря (рис. 7). Здесь, в средней юре сформировался глинисто-песчаный циклически построенный разрез мощностью 360 м. Он состоит из четырех-шести трансгрессивно-регрессивных циклов мощностью от 40 до 130 м.

На рубеже юрской и триасовой систем произошли значительные перестройки структуры и состава источников сноса. Наряду с герцинским источником сноса в районе юрских комплексов отмечено влияние каледонид, а также местных источников. Среди последних следует отметить появление в Штокмановской скважине цирконов с возрастами 190 млн лет. Источником этих цирконов могли служить гранитные комплексы Новой Земли (Кораго, Ковалева, 2005). В песчаниках Штокмановской площади преобладают цирконы герцинского (210-330 млн лет) и каледонского (415-470 млн лет) возрастов, тогда как все более древние возраста представлены лишь редкими зернами. В Лудловской же скважине большинство зерен имеет гренвильский возраст (950-1500 млн лет) при значительной роли более древних (раннепротерозойских и архейских) зерен. Более молодые зерна встречаются заметно реже и характеризуются в основном тиманскими (570-600 млн лет) возрастами, тогда как каледонские и герцинские возраста имеют лишь единичные зерна (рис. 8). В раннеюрское время эрозионный срез на Новой Земле в области денудации был незначительный, в основном размывался раннемезозойский осадочно-магматический комплекс. В среднеюрское время эрозионный срез на Новой Земле увеличился, и размыву подвергались терригенные кембрийско-пермские отложения, широко распространенные на северном острове архипелага. (Худолей А. К., 2006).

Рис. 7. Реконструкции палеогеографических обстановок для ранней (а), средней (б) и поздней (в) юры (Atlas , 2009). Легенду к палеогеографическим картам см. рис. 5.

В позднеюрское время морская трансгрессия достигает максимального развития. Условия осадконакопления варьировали от мелководных до глубоководных морских, с глубинами 200-300 м. Низкая скорость осадконакопления и преимущественно мелкозернистый состав кластических осадков совместно с относительно высокой биологической продуктивностью в вышележащих водных массах привели к интенсивному накоплению органического вещества в донных осадках.

Рис. 8. Сводная диаграмма относительной вероятности распределения 206Pb/238U возрастов обломочных цирконов в песчаниках средней юры.

С началом мела связана региональная регрессия морского бассейна. В течение раннего мела тектонические движения обусловили рост поднятий на севере Баренцевоморского региона и смену морских обстановок седиментации на прибрежно-морские и континентальные. Фациальная. Усилившийся терригенный снос с севера в начале мела привел к компенсации позднеюрских впадин на востоке Баренцевского шельфа. В разрезе это отражено сменой волжских углеродсодержащих аргиллитов клиноформным дельтовым комплексом берриас-барремского возраста (рис. 9). На Шпицбергене и восточнее, на Земле Франца-Иосифа, вертикальные тектонические движения сопровождались вулканической деятельностью.

Растущие поднятия поставляли большое количество обломочного терригенного материала в быстро погружающиеся впадины Баренцевоморского региона. В апт-альбское время на фоне общего воздымания территории происходят блоковые тектонические движения, которые сопровождались активной вулканической деятельностью. Разрез апт-альбских отложений на Земле Франца Иосифа сложен в основном покровами базальтов (верхняя подсвита армитиджской свиты) мощностью 130 м. Количество покровов изменяется от 2-3 до 10-12, их мощность снизу вверх по разрезу уменьшается от 20-30 до 4-5 м. Среди базальтов отмечены единичные маломощные (до 2 м) пакеты углисто-глинистых пород, содержащих минерализованные обломки древесины.

Рис. 9. Реконструкции палеогеографических обстановок для раннего мела. А - валанжин-готеривский, б - барремский, в - апт-альбский (Atlas , 2009). Легенду к палеогеографическим картам см. рис. 5.

В позднемеловое время начинается новый этап развития Баренцевоморского региона, связанный с раскрытием Атлантического и Северного Ледовитого океанов. На рубеже раннего и позднего мела на севере региона происходят активные тектонические движения, которые сопровождаются интенсивной магматической деятельностью. В позднем мелу вся площадь Баренцевского шельфа испытала поднятие и подверглась длительной эрозии, продолжавшейся и в кайнозойское время.