Ильин А.В. (1), Киперман Ю.А. (2)
МАССОВОЕ НАКОПЛЕНИЕ БИОГЕННЫХ ПОРОД У ГРАНИЦЫ ВЕНДА И КЕМБРИЯ И ИЗОТОПНЫЕ АНОМАЛИИ УГЛЕРОДА
(1) Институт литосферы окраинных и внутренних морей РАН
(ИЛРАН), Москва, e-mail: kuzmich@ilran.ru
(2) Всеросийский институт экономики минерального сырья
и недропользования (ВИЭМС), Министерство природных ресурсов РФ, Москва.
Исследуя эволюцию геологических процессов, А.Л. Яншин [2], отметил целый ряд событий, происходивших на рубеже кембрия и докембрия, в частности появление пластовых фосфоритов, предугадав тем самым существование древней эпохи фосфогенеза. Эта эпоха считается ныне наиболее интенсивной в истории фосфогенеза [10]. Среди известных ныне, наиболее крупными и детально изученными являются следующие древние фосфатоносные бассейны: Хубсугульский (ХФБ), Каратауский (КФБ), платформы Янцзы (ФБЯ) и Низких Гималаев (ФБГ). Фосфориты в этих бассейнах тесно связаны с черными кремнями и другими силицилитами, возникшими за счет повторной минерализации кремнезема, первоначально составлявшего скелетные ткани организмов с кремнистой функцией √ преимущественно губок [5]. Подчиненную роль играют черные сланцы. Комплекс этих пород отвечает проксимальной части фациального профиля, локализуясь во внешней зоне шельфа (запад ФБЯ) и именуется фосфатными фациями. Дистальную часть профиля, приходящуюся на внешнюю зону шельфа, занимают черносланцевые фации (восток ФБЯ).
Фосфатные фации заключены в низах (ХФБ), либо в самом основании (КФБ) мощной толщи доломитов, получивших недавно название кеп-доломитов [7] и занимающих во времени большую часть кембрия (ХФБ) либо даже весь кембрий, ордовик и низы силура (КФБ). Во всех бассейнах кеп-доломитам предшествуют ледниковые отложения, скорее всего отвечающие варангийскому (эдиакарскому) оледенению. Кеп-доломиты, видимо, формировались в течение длительной гляциотрансгрессии, начальной фазе которой отвечают фосфатные фации. В это время происходил обильный снос продуктов выветривания, в частности нутреинов, с континентов, только что освободившихся ото льдов. В условиях сравнительно низкого положения уровня моря формировались интенсивные циркуляции водных масс, например апвеллинги, охватывавшие обширные пространства и доставлявшие на шельфы воды, обогащенные нутреинами. В областях разгрузки апвеллингов, благодаря высокой биопродуктивности, морские осадки обогащались органическим материалом.
Черносланцевым фациям отвечают зрелая стадия гляциотрангрессиии и высокого стояния уровня моря, когда благодаря плотностной стратификации воды и стагнации могли возникать условия аноксии.
Древние фосфориты укладываются в довольно узкий возрастной интервал, ограниченный сверху уровнем с древнейшими трилобитами, а снизу √ появлением так называемых мелких скелетных организмов. Вряд ли все они формировались синхронно, так как асинхронным оказывается основание кеп-доломитов [7].
Древние фосфориты и черные сланцы, родственные друг другу и близкие во времени, в той или иной мере разобщены палеогеографически и во многом антагонистичны геохимически. Типичные фосфориты и черные сланцы ХФБ по новым данным, полученным методом ICP MS содержат (цифры в г/т, первые √ отвечают черным сланцам, вторые √ фосфоритам): Cd - 5,6 и 0,6; V - 450 и 20; Zn - 310 и 20; As - 25 и 4; Zr - 260 и 6; Ni - 110 и 20; Co - 15 и 3; Mo - 20 и 1,5; Bi - 10 и <0,05, Pb - 40 и 3. Для ФБЯ соответствующие цифры разнятся друг от друга на два порядка. В сланцах содержится около 5% Сорг., а в фосфоритах √ 0,2 %. Обогащение черных сланцев биофильными элементами (Cd, V и др.) обусловлено адсорбционными свойствами Сорг., а остальными элементами √ сохранностью в их составе энзимов √ одного из компонентов Сорг.[6]. Обеднение фосфоритов перечисленными и другими элементами √ примесями, обусловлено полной декомпозицией органического вещества.
Изотопия углерода используется ныне как для стратиграфической корреляции [1], так и для реконструкции некоторых событий √ биотических [9] климатических [7], тектонических [6], причем наиболее информативны профили d (дельта) 13С, охватывающие более значительные по мощности части разрезов кеп-доломитов. Для фосфатоносного интервала и смежных горизонтов доломитов профили известны лишь для ФБЯ [8] и ФБГ [6]. В обоих случаях продуктивным (фосфатоносным) пачкам отвечают отрицательные аномалии со значениями d (дельта) 13С от √7 до √10 (здесь и ниже значения в ┴PDB). Выше по разрезу доломитов следует так называемый Дахайский максимум [5] с ?13С до +8, приходящийся на 100 м толщу доломитов.
Профиль d (дельта) 13С, впервые выполненный для ХФБ охватывает продуктивную хесенскую свиту (рис. 1) и смежные горизонты кеп-доломитов. Онголигнурского участка Хубсугульского месторождения. Измерялись все карбонат-содержащие породы, в том числе мономинеральные прослои пристиновых [3] фосфоритов, содержащих около 1% СО2, заключенной во фтор-карбонат-апатите.
Продуктивной свите отвечает четко выраженная отрицательная аномалия с амплитудой около √7, причем фосфориты, перемежающиеся с ними бесфосфатные и фосфатсодержащие доломиты не отличаются друг от друга по цифрам d (дельта) 13С. Доломиты непосредственно перекрывающие свиту показали нулевые значения, а выше по разрезу d (дельта) 13С устойчиво растет, достигая +8, примерно в 50 м выше кровли свиты. Подстилающие доломиты охарактеризованы лишь несколькими пробами. d (дельта) 13С в них около 0. Из-за большого интервала опробования доломитов, разделяющих тиллиты и продуктивную пачку нельзя исключать возможности появления отрицательных значений вблизи тиллитов, как это следует из модели Хоффмана [7].
Профиль для КФБ (месторождение Кок су) очень сходен с хубсугульским (рис. 1).
Поведение d (дельта) 13С в разрезах кеп-доломитов было известно ранее для юго-востока Восточного Саяна [1] и для запада Монголии [5], т.е. для флангов ХФБ √ северного и южного, где фосфориты вырождаются в убогую примесь фосфата в доломитах. В обоих случаях эти доломиты, лежащие на ╚фосфатном╩ уровне имеют d (дельта) 13С около 0. Это с несомненностью свидетельствует о локальном характере отрицательной аномалии, не выходящей за пределы ХФБ, т.е. о том, что аномалия вызвана самим процессом фосфогенеза √ разложением органических остатков, прежде всего фосфор-органических комплексов, высвобождением фосфата, переводом его в раствор и, в конечном счете, минерализацией. Другим продуктом декомпозиции органических остатков была изотопно легкая углекислота, которая также минерализовалась как в доломитах, так и входя в решетку фосфата. Доломиты продуктивной пачки имеют резко отрицательные значения d (дельта) 13С, а доломиты вмещающие пачку ╚нормальные морские╩ значения близкие к 0.
Локальностью проявления отрицательные аномалии противопоставимы положительным, обладающим глобальным эффектом, подобно известной аномалиии на границе сеномана и турона, обусловленной бескислородным событием ОАЕ-2 [10]. Залежи древних (предтоммотских) черных и горючих сланцев, например на востоке платформы Янцзы, несравненно более масштабны сравнительно с предтуронскими черными сланцами Атлантики. На графиках d (дельта) 13С они проявляются также глобально отвечая положительному экскурсу, обозначенному как ╚I╩ на унифицированной шкале [4]. Эта положительная аномалия подобно предтуронской фиксируется на пррофиле d (дельта) 13С далеко за пределами черносланцевых бассейнов.
Столь же обширные черносланцевые бассейны известны и в более высоких горизонтах раннего кембрия. Это √ Сычуаньский бассейн в Китае (атдабанский ярус?), ванадиеносный бассейн Казахстана (ботомский ярус) и куонамская битуминозная формация, или Куонамский бассейн, занимающий около 0,7 млн. км2 на севере Сибири (ботомский и тойонский ярусы). Этим крупнейшим скоплениям Сорг. отвечают, соответственно, экскурсы IV, V и VII+VIII унифицированной шкалы d (дельта) 13С.
Литература
1. Покровский Б.Г., Летникова Е.Ф., Самыгин С.Г. Изотопная
стратиграфия боксонской серии, венд √ нижний кембрий Восточного Саяна //
Стратиграфия. Геологическая корреляция, 1999. Т. 7. ╧ 3. С. 23-41.
2. Яншин А.Л. Перспективы и научные проблемы поисков
калийных солей и фосфатного сырья в Сибири. Бюлл. МОИП, отд. геол. 1964.
Т. 39. ╧ 5. С. 3-17.
3. Brazier M.D. Nutrient-enriched waters and the early
skeletal record // Journ. Geol. Soc., London, 1992. V. 149. P. 621-629.
4. Brazier M.D., Corfield R.M., Derry L.A., Rozanov A.Yu.,
Zhuravlev A.Yu. Miltiple ?13С excursions spanning the Cambrian explosion
to the Botomian crisis in Siberia // Geology. 1994. V. 22. P. 455-458.
5. Brazier M.D., Shields G., Kuleshov V.N., Zhegallo
E.A. Integrated chemo-biostratigraphic calibration of early animal evolution:
Neoproterozoic √ Early Cambrian correlation of southwestern Mongolia //
Geol. Mag., 1996. V. 133. P. 445-485.
6. Concepts and controversis in phosphogenesis. K. F?llmi,
Ed. 1994. Eclogae. geol. Helv. 149 p.
7. Hoffman P.F., Kaufman A.J. Halverson P., Schrag D.P.
A Neoproterozoic Snowball Earth // Science. V. 281. P. 1342-1346.
8. Junming Zhang, Guoxiang Li, Chuanming Zhou, Maoyan
Zhu, Ziue Yu. Carbon isotope profiles and their correlation across the
Neoprotezoic Cambrian boundary interval on the Yangtze Platform, China
// Bull. Nat. Museum of Nat. Sci. 1997. Taiwan. N 10. P. 107-116.
9. Sholle P.A. and Arthur M. Carbon isotope fluctation
in Cretaceous Pelagis limestones. Potential stratigraphic and petroleum
exploration tool. Am. Ass. Petr. Geol. Bull. 1980. V. 62. P. 67-87.
10. Shields G., Stille P., Brazier M. Isotopic records
across two phosphogenic giant episodes compared: Precambrian-Cambrian and
Mesozoic-Recent. SEPM sp. Publ. N 66, 2000. P. 103-113.