Литология и изотопный состав (δ13С, δ18О) карбонатных отложений востока и севера Русской платформы на некоторых стратиграфических рубежах позднего палеозоя

Введение.

Актуальность темы.

В настоящее время наибольшие успехи в достижении научного знания происходят на стыках наук, с применением междисциплинарных методов исследования. Так в свое время возникла геохимия. Сегодня, несмотря на активное использование методов геохимии для решения различных геологических задач, эффективность этих методов для решения вопросов реконструкции палеогеографических условий образования отложений может быть многократно повышена, если применять их в комплексе с литологическими методами. Это особенно важно для пограничных пород на критических рубежах позднего палеозоя, поскольку к ним часто приурочены месторождения полезных ископаемых, таких как нефть, газ, разнообразные руды.

В работе проведена реконструкция условий образования на примере пограничных отложений востока и севера Русской платформы на основе комплексного использования литологических и геохимических методов. Обеспечение интегрированного взгляда в связи с необходимостью установления литологических и изотопных особенностей карбонатных и карбонатсодержащих терригенных отложений на критических рубежах позднего палеозоя, выяснения условий образования пород и отражение этих условий на атомарном уровне (в изотопном составе углерода и кислорода карбонатов) - является актуальной проблемой.

Цель работы.

Целью работы ставилось воссоздание обстановок и условий формирования пограничных отложений позднего палеозоя востока и севера Русской платформы с выявлением закономерностей соответствия между литологическими особенностями (компонентный состав, структурно-текстурные особенности, состав и количество биоты) и изотопным составом углерода (δ¹³С) и кислорода (δ¹⁸О).

Задачи исследования.
1. Выделение основных литологических типов пород и их изотопно-геохимическая характеристика (δ¹³С и δ¹⁸О).
2. Изучение влияния седиментационных и постседиментационных факторов на литологические особенности и изотопный состав карбонатного вещества.
3. Реконструкция палеоэкологической обстановки периода биотического кризиса (массовой гибели организмов).
4. Корреляция удаленных разрезов пород верхнего палеозоя различных бассейнов седиментации по трендам величин δ¹³С и δ¹⁸О.

Научная новизна.

Изученные в диссертационной работе разрезы пограничных отложений позднего палеозоя достаточно широко известны в литературе и хорошо охарактеризованы палеонтологически, однако детальные литологические и изотопно-геохимические (δ¹³С и δ¹⁸О) исследования проводились впервые. В ходе изучения были выделены основные литологические типы (литотипы) и установлены их изотопные характеристики. Был сделан вывод, что разным литотипам присущи свои изотопные особенности, изменяющиеся в зависимости в первую очередь от литологических особенностей, а также возраста пород и географического положения разреза.

Теоретическое и практическое применение.

На основании комплексных литологических и изотопно-геохимических исследований установлено, что изотопно-геохимические исследования для решения вопросов корреляции разрезов мелководно-морских отложений неэффективны и должны сопровождаться литологическими. Результаты проведенных работ позволили уточнить палеообстановки и условия образования пограничных отложений на кризисных рубежах позднего палеозоя разрезов Русского Севера, Волго-Вятского региона и Башкирии.

Фактический материал и методы исследования.

В работе представлены результаты детального изучения литологии и изотопного состава углерода (δ¹³С) и кислорода (δ¹⁸О) карбонатных и карбонатсодержащих пограничных отложений позднего палеозоя востока и севера Русской платформы. Было описано около 10 разрезов, наиболее значительными из которых являются: разрез карбонатных и карбонатсодержащих терригенных пород верхнеуфимского подъяруса нижней перми и нижнеказанского подъяруса верхней перми г. Ива-гора (р. Сояна, Север Русской платформы, Архангельская обл.); стратотипический разрез карбонатных пород верхнеказанского подъяруса средней перми Печищи (г. Казань), три относительно близко расположенные разреза верхнеказанских отложений Волго-Вятского региона востока Русской платформы, вскрытых карьерами Кремешки, Поповцевский и Чимбулат (окрестности г. Советска, юго-восток Кировской области); разрез карбонатных пограничных пород девона и карбона по р. Сиказа (Башкортостан). В качестве сравнительного материала привлечены данные по вещественному и изотопному составу верхнепалеозойских отложений Западной Европы (Польша, Германия) и С. Америки (Great Basin).

Микроскопически изучено около 1000 шлифов, проведено около 800 изотопных анализов.

Комплексно применялись геохимические (определение δ¹³С и δ¹⁸О из валовых проб карбонатсодержащих пород) и литологические (гранулометрический, циклический анализы, макро- и микроскопическое изучение) исследования. Полученные результаты позволяют прийти к выводу, что применяемая в работе методика по изучению изотопного состава валовых проб правомерна, а полученные значения δ¹³С и δ¹⁸О в генетическом отношении информативны.

Защищаемые положения.

1. Для пород на севере Восточно-Европейской платформы (разрез по р. Сояна, Архангельская обл.) на рубеже нижней и средней перми зафиксирован изотопно-геохимический тренд, который проявлен в смещении значений δ¹³С и δ¹⁸О в сторону положительных величин. Выявленный тренд хорошо согласуется с изменением литологического состава пород разреза - карбонатсодержащие терригенные отложения (уфимский ярус) сменились карбонатными (казанский ярус) (положение защищается в главах 4, 5).

2. Установлена корреляция изотопного и литологического состава пород. Условия образования карбонатных и карбонатсодержащих терригенных отложений изученных разрезов отражаются на их литологических особенностях и изотопном составе углерода (δ¹³С) и кислорода (δ¹⁸О). Выделенные литологические типы пород одного возраста в пределах каждого отдельно изученного разреза характеризуются своими изотопными параметрами (положение защищается в главах 3, 4, 5).

3. Невозможно сопоставление кривых вариаций δ¹³С и δ¹⁸О удаленных разрезов мелководно-морских отложений на основе только изотопно-геохимических данных. Сопоставление необходимо проводить на основе детальных литологических исследований, так как изотопные характеристики углерода (δ¹³С) и кислорода (δ¹⁸О) отражают строго локальные условия формирования карбонатных и карбонатсодержащих пород в процессе седименто- и литогенеза (положение защищается в главах 3, 4, 5).

Апробация работы.

Основные положения работы докладывались на XVIII симпозиуме по геохимии изотопов им. А.П.Виноградова (Москва, 2007), V Всероссийском литологическом совещании "Типы седиментогенеза и литогенеза и их эволюция в истории Земли" (Екатеринбург, 2008 г.), XV Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Ломоносов" (Москва, 2008), III Межвузовской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Молодые - наукам о Земле" (Москва, 2008), II Всероссийской научной конференции "Верхний Палеозой России: стратиграфия и палеогеография" (Казань, 2009), V Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Молодые - наукам о Земле" (Москва, 2010).

Результаты исследований опубликованы в двух статьях в журналах из перечня научных изданий, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа содержит 177 страниц текста, состоит из 5 глав, введения и заключения. Работа иллюстрирована 58 рисунками. Список использованной литературы насчитывает 130 наименований.

Благодарности.

Работа выполнена под руководством доктора геолого-минералогических наук В.Н. Кулешова, которому автор выражает искреннюю благодарность за содействие и критические замечания. На всех этапах написания данной работы автору оказывалась неоценимая помощь и постоянная поддержка со стороны кандидата геолого-минералогических наук, старшего научного сотрудника кафедры литологии и морской геологии МГУ им. М.В. Ломоносова К.М. Седаевой, которой автор выражает свою глубокую признательность и сердечную благодарность. Также автор благодарен всему коллективу кафедры литологии и морской геологии МГУ им. М.В. Ломоносова и ее заведующему, академику РАЕН, профессору О.В. Япаскурту за поддержку и внимание в течение всего срока подготовки диссертации. Существенную помощь автору оказали консультации и помощь в проведении изотопных определений заведующего лабораторией геохимии изотопов и геохронологии ГИН РАН, доктора геолого-минералогических наук Б.Г. Покровского.

Ниже приведено краткое содержание глав диссертации.