25.03.2021

Осадочные фации венда и некоторые вопросы поздедокембрийской истории геологического развития Большого Каратау


А.В. Сидоренко в серии программных работ подчеркнул важность восстановления осадочной истории Земли в допалеозойское время как одну из главных проблем современной геологии. В них отмечена необходимость постановки детальных фациальных и литологических исследований в аспекте выявления последовательности и особенностей этапов осадкообразования в докембрии

В докембрийских отложениях органические остатки редки и однообразны, поэтому применение биофациальных методов не эффективно. Несмотря на сильный кливаж и сланцеватость, седиментационные текстуры в породах венда и рифея хорошо сохраняются. Благодаря этому важное значение при исследовании докембрийских отложений имеет текстурный анализ и его фациально-генетическое направление — составная часть литолого-фациального или фациально-циклического анализа. Перспективность такого рода исследований отмечалась Л.Н. Ботвинкиной и А.В. Сидоренко. Так, Л.Н. Ботвинкина подчеркивала, что "изменение формы отстает от изменения содержания. Текстура пород зачастую сохраняет еще черты предыдущих процессов, несмотря на наложение ряда новых, изменяющих структуру и вещественный состав. Даже в древнейших толщах, где структура первичного осадка и его минеральный состав сильно (а иногда нацело) изменены, текстура в ряде случаев сохраняет черты, приобретенные в стадии седиментогенеза".

В западной части Центрального и Южного Казахстана широким развитием пользуются отложения верхнего докембрия. Важность их изучения обусловлена тем, что заложение каледонских геосинклинальных прогибов, с которыми связаны осадочные месторождения ванадия, фосфоритов, баритов и других важных для промышленности металлов, произошло в позднем докембрии. Поэтому литолого-фациальное изучение рифейских и вендских отложений — один из главных путей выявления закономерностей образования и развития геосинклинальных прогибов.

Хребет Большой Каратау представляет часть Ишим-Байконур-Каратауской геосинклинальной зоны, в которой широко развиты отложения венда. Геологии и стратиграфии докембрия и нижнего палеозоя этого района посвящены работы С.Г. Анкиновича, В.В. Галицкого, Г.Х. Ергалиева, Г.И. Макарычева, Н.М. Салова и др. Нами принята стратиграфическая схема расчленения венда Большого Каратау, разработанная Г.Х. Epгалиевым.

Вендские отложения начинаются ранской свитой (рис. 1), состоящей из различных по составу конгломератов, вверх по разрезу сменяющихся песчаниками. Ее мощность изменяется от 30 до 97—141 м.

Выше залегает косшокинская свита, которая состоит из зеленых и серо-зеленых мелко-, средне- и крупнозернистых песчаников, реже гравелитов, в нижней части содержащих включения несортированных и неокатанных галек и валунов, выше сменяющихся кливажированными и рассланцованными алевролитами, иногда содержащими пирит, в тонком чередовании с песчаниками и обломочными известняками. Мощность свиты — 250—750 м.

Курайлинская свита в нижней части состоит из зеленых, серо-зеленых и зеленоватобурых и фиолетовых алевролитов, в меньшей мере мелкозернистых песчаников, в некоторых интервалах в различной степени кливажированных и рассланцованных, вверху сменяющихся тонкослоистыми известковистыми алевролитами и алевритовыми известняками, местами доломитизированными, нормальными и углеродистыми пиритсодержащими алевролитами; местами они превращены в кварц-серицит-хлоритовые и углеродистые сланцы. Мощность свиты — 150—560 м.

Байконурская свита, венчающая вендский комплекс, состоит из темно-серых, зеленых и зеленовато-серых пуддинговых конгломератов (тиллитов, по Чумакову. Обломки размером 0,5—50 см (отдельные из них достигают в поперечнике 20 м) распределены неравномерно, сортировка отсутствует. Тип цементирующей массы — базальный; состав — песчано-алевритовый. Мощность изменяется от 10 м в Центральном Каратау до 300 м в Северо-Западном Каратау.

Нижняя граница вендского комплекса в Большом Каратау устанавливается радиогеохронологически по трансгрессивному налеганию базальных слоев ранской свиты на гранитоиды Кумыстинского массива с абсолютным возрастом пород 670±20 млн. лет, установленным альфа-свинцовым методом. Верхняя возрастная граница проводится по подошве ванадиеносных фтанитов курумсакской свиты нижнего и среднего кембрия, содержащих остатки радиолярий и спикул губок.

Следует отметить, что, по мнению Г.Х. Ергалиева, между ранской и косшокинской, а также между курайлинской и байконурской свитами имеются несогласия. Авторы настоящей статьи считают, что внутри вендского разреза региональные несогласия отсутствуют и эти образования слагают непрерывную трансгрессивную серию осадков.

Ниже приводится краткая характеристика основных литологических типов. Песчаники и алевролиты имеют зеленую и серо-зеленую окраску, иногда с фиолетовым и сиреневым стенками. Песчаники представлены средне- и крупнозернистыми разностями, они широко развиты в отложениях ранской и косшокинской свит. В курайлинской свите преобладают мелкозернистые песчаники и алевролиты. Эти разности пород обладают близким составом терригенных компонентов. В песчаниках выявлены две терригенные ассоциации. Песчаники ранской свиты, по классификации В.Д. Шутова, образуют смешанную ассоциацию кварцево-аркозовых песчаников и состоят из кварца (55—75%), полевых шпатов (18—35%) и обломков пород (5—22%). Здесь присутствует мусковит и измененный биотит.

В косшокинской свите выявлена более зрелая ассоциация олигомиктовых полево-шпатово-кварцевых песчаников, состоящая из обломков кварца (63—80%), полевых шпатов (15—24%) и обломков пород (4—28%). В обеих ассоциациях обломки пород представлены неокатанными и полуокатанными обломками филлитов, состоящих из мусковита, хлорита и кварца, зернистых кварцитов и реже микрокварцитов. В ассоциации кварцево-аркозовых песчаников присутствуют обломки гранитов.

Залегание отложений венда с размывом на гранитоидах Кумыстинского массива и главенствующая роль сиалического материала в составе описываемых пород свидетельствуют о том, что эти отложения сформировались на континентальной коре за счет размыва блока земной коры со сформировавшейся континентальной корой.

Карбонатные породы встречены на нескольких стратиграфических уровнях в виде линз, пластов и слоев мощностью от долей сантиметра до нескольких метров. Они представлены доломитами, известняковыми доломитами, доломитовыми известняками. Под микроскопом во всех разностях видна обломочная равномерная псаммитовая структура (рис. 2). Зерна доломита и кальцита характеризуются изометричной окатанной и полуокатанной формой, плотно прилегают друг к другу; среди них — редкие зерна обломочного кварца. Эти породы образовались за счет разрушения и перемыва более древних известняков и доломитов и имеют аллохтонную природу. По данным дифференциально-термических анализов, выполненных на дериватографе, содержание кальцита изменяется от 35 до 87%, доломита — от 66 до 92%, инертных компонентов, состоящих из кварца и слюдистых минерлов глин, — 2—30%.

С глубинным эпигенезом и метагенезом связано широкое развитие структур растворения под давлением — образование конформных структур, когда в результате давления соприкасающиеся зерна кварца и полевых шпатов тесно сопряжены один с другим по плавным, часто сложноизвилистым поверхностям.

Все исследователи, изучавшие Каратау, отмечали сильную дислоцированность отложений венда. По данным Е.И. Паталахи и Т.В. Гиоргобиани эти отложения были подвержены сильному горизонтальному сжатию. Они часто смяты в мелкие, иногда асимметричные складки с крутопадающими крыльями и узкими острыми либо слабозакругленными замками. Сильные горизонтальные сжатия подтверждены петрографическими исследованиями. Под микроскопом видно широкое развитие структур дифференциального скольжения. Они образовались при разряжении стрессовых напряжений за счет перемещения или микросдвигов обломков относительно друг друга или перемещения одной части зерен относительно другой. В меньшей мере развиты конформно-регенерационные структуры, где в результате растворения под давлением соприкасающиеся зерна сопряжены по плавным, а иногда сложноизвилистым линиям

Алевролиты и породы, состоящие из тонкого чередования алевролитов и мелкозернистых песчаников, местами приобрели облик филлитов и филлитовых сланцев (микросланцев). В слойках, состоящих из тонкозернистого алевролита (с реликтами обломков размером 0,005—0,01 мм), иногда бывает видна мелкоппойчатая текстура, обусловленная присутствием мелких асимметричных складок (рис. 3). В породах широко проявлен кливаж. 8 конгломератах плоскости кливажа огибают гальки, а в шлифах песчаников видно огибание поверхностью кливажа обломков псаммитовой размерности. Это явление названо дифракцией кливажа. Возникновение дифракции обусловливается различием в вязкостных свойствах более жестких обломочных компонентов и пластичного слюдистого цемента.

Петрографическим изучением шлифов установлено, что основные факторы, которые сформировали современный облик вендских отложений, — это сильное сжатие, поперечное простиранию структуры Каратау, и в меньшей мере давление нагрузки вышележащих пород.

Выявленные глубокие минеральные и структурные изменения в нижней части каледонского структурного этажа, сложенного отложениями венда, соответствуют ранней и поздней стадиям метагенеза.

Под фацией мы понимаем физико-географические условия образования осадков и сами осадки, образовавшиеся в данной обстановке. В отложениях венда выделены следующие четыре фации.

1. Фация галечно-валунных осадков мелкой прибрежной части моря — МПM-ГВ — выделяется в основании вендских отложений. Она состоит из различных по цвету и составу конгломератов с песчаным и гравийным заполнителем. В разрезе по р. Ран — мелко- и средневалунные и галечниковые конгломераты, пор. Бакырлы-Озек — мелкогалечниковые карбонатные конгломераты (рис. 4). Размер обломков от 1 до 30—90 см. Вверх по разрезу крупность псефитовой фракции уменьшается. Отмечается закономерность: валуны и крупная галька чаще имеют хорошую окатанность, шарообразную и эллипсовидную форму. Мелкая галька обычно угловатой, неокатанной или плохо окатанной формы, хотя реже встречаются хорошо окатанные обломки. Редко присутствуют расколотые гальки. Состав галек быстро меняется по простиранию, обычно преобладают обломки подстилающих пород. В ранском разрезе это гранитоиды Кумыстинского массива, в разрезе по р. Бакырлы-Озек — известняки бакырлинской свиты. Реже отмечаются гальки песчаников, гравелитов, кварцитов, порфиров, порфиритов и сланцев. Насыщенность обломками высокая, упаковка плотная. Текстура — неслоистая, хотя редкие уплощенные гальки ориентированы параллельно напластованию, образуя слоеватость (невыраженную слоистость). Редко в верхней части фации отмечается черепитчатое расположение галек. Мощность пород — 55—74 м.

Фация МПМ-ГВ характеризуется активной гидродинамической обстановкой осадконакопления; именно в прибрежной части бассейна разрушались волны, трансформировалась и рассеивалась их энергия, оказывая сильное влияние на берег и поверхность дна. Волновые движения производили разрушение пород берега, передвижение, раскалывание и истирание обломков, перемещение галечных и гравийных наносов. Смена состава обломков и тождество их состава и подстилающих пород свидетельствуют о том, что эта фация сформировалась главным образом за счет абразии берегов. Энергия волн производила механическую дифференциацию наносов. Наиболее грубый материал - валуны, галька, гравий — могли перемещаться только волочением и поэтому отлагались в зоне взмучивания. В настоящее время валунные и гравийные осадки образуются в тех случаях, когда вблизи находятся береговые скальные обрывы, разрушающиеся под действием волн. По классификации Г.Э. Рейнека и И.Б. Синха, такие осадки образуются у берегов скального типа.

Таким образом, фация МПМ-ГВ сформировалась в наиболее мелководной части моря, вероятнее всего, в интервале от береговой линии до глубины 7—10 м.

2. Фация гравийно-алевритово-песчаных осадков мелкого моря — ММ-ГАП — состоит из зеленовато-серых и серо-зеленых песчаников, тонкого чередования алевролитов и песчаников с включением обломков гравийной и галечной размерности и обломочных известняков. В песчаниках часть компонентов окатана. В алевролитах соотношение обломков и тонкообломочной цементирующей массы часто меняется. Редкие слои и линзы обломочных известняков имеют мощность от 3—15 см до 1,5—3 м. Для этой фации характерна сильно нарушенная и прерывистая тонкая горизонтальная слоистость, мелкая косая, косоволнистая и волнистая слоистость (рис. 5). Косоволнистая слоистость сочетается с пологоволнистой и волнистой. Косоволнистая слоистость — мелкая, срезанная, с вогнуто-выпуклыми серийными швами. Причина нарушения слоистости — неустойчивость и подвижность динамики в условиях мелководья.

Фация ММ-ГАП сформировалась в обстановке активной неустойчивой динамики мелкого моря и широкого проявления прибрежных течений и волновых движений, вероятно, на глубине от 8—10 до 15—20 м. Мощность фации — 67—400 м.

В фации ММ-ГАП представляет интерес литогенетический тип ММ-ГАП-2 — серозеленые мелко- и среднегалечные пуддинговые конгломераты косшокинской свиты. Они характеризуются в общем слабой насыщенностью гальками, частым изменением соотношения обломков и гравийно-песчаного заполнителя. Размер галек от первых сантиметров до 30 см, преобладающий — 5—10 см. Окатанность самая разнообразная — от неокатанных до хорошо окатанных, но преобладают плохо окатанные. Единичные находки обломков утюгообразной формы. Состав галек пестрый. Изучением соотношения галек и слоистости установлено присутствие текстур вдавливания. Это позволяет считать, что гравийно-песчаный заполнитель и галька транспортировались разными агентами. Наиболее вероятно, что галька транспортировалась припайными льдами. В настоящее время это явление описано для Балтийского и дальневосточных морей, Н.М. Чумаков отнес эти образования к тиллоидам.

3. Фация песчано-алевролитовых осадков неглубокого шельфового моря (зона частых морских течений и волнений) — НШМ-ПА — состоит из серых, зеленовато-серых с сиреневым и фиолетовым оттенками песчаников и алевролитов. Среди них отмечаются черные слабоуглеродистые пиритсодержащие разности, а также переслаивание известняков, кливажированных алевролитов и песчаников. Вверх по разрезу постепенно количество пластов песчаников уменьшается, а алевролитов увеличивается. Преобладают интервалы с массивной неслоистой и тонкогоризонтально-слоистой текстурами в частом сочетании с мелкой косой, косоволнистой и пологоволнистой слоистостью. Постепенно вверх по разрезу текстуры, связанные с движением воды, встречаются все реже. Слоистость подчеркивается изменением гранулометрического состава. Важно отметить, что связи между изменением гранулометрического состава и текстурами не наблюдается. Это свидетельствует о том, что смена осадков связана с внешними причинами, а характер слоистости — с внутренним режимом бассейна седиментации. Мощность фации — 350—600 м.

Отмеченные выше текстурные особенности свидетельствуют о том, что фация НШМ-ПА, вероятно, формировалась на глубинах от 15—20 до 40—50 м, где спокойная обстановка часто нарушалась проникновением течений и волновых движений.

4. Фация песчано-алевролитовых осадков глубокого шельфового моря — ГШМ-ПА — представлена мелкозернистыми песчаниками, нормальными и углеродистыми алевролитами, тонким переслаиванием алевролитов и обломочных известняков, образовавшихся за счет известковых песков, валунными и глыбовыми пуддинговыми конгломератами или микститами. В этой фации преобладают массивная и тонкогоризонтально-слоистан текстуры. Очень редко встречается мелкая косая, волнистая слоистость. Иногда последняя — результат сильно асимметричной ряби течения. Слоистость обычно обусловлена изменением гранулометрического состава. Редко встречаются кальцитовые конкреции длиной до 15 см. Мощность отложений фации — 75—500 м.

Описанные выше текстурные особенности свидетельствуют о том, что эта фация формировалась в спокойной обстановке, которая эпизодически нарушалась проникновением слабых, неустойчивых течений и волнений. По мере углубления бассейна седиментации волнения проникали все реже. Г.Э. Рейнек и И.Б. Сингх отмечают, что приливные течения в сочетании с сильными эпизодическими волнениями, обусловленными экстремальными штормами, могут перемещать осадки и воздействовать на данные отложения на глубины до 100 фатомов (1 фатом — 1,83 м).

Из сказанного следует, что фация ГШМ-ПА, вероятно, формировалась на глубинах от 40—50 до 150—180 м. Это соответствует средней и краевой частям шельфа.

Несколько слов о встреченном здесь литогенетическом типе ГШМ-ПА-3. Это валунные и глыбовые пуддинговые конгломераты или микститы байконурской свиты. Размер валунов 0,3—2 м, единичные глыбы достигают 10 и даже 20 м. Эти гигантские обломки имеют различную степень окатанности, не сортированы. Валуны и глыбы состоят из доломитизированных известняков и доломитов, реже разнообразных песчаников, гранитов и других пород. Базальная масса — алевропесчаная, характеризуется массивной и тонкой горизонтальной слоистостью. Иногда под валунами видно нарушение слоистости вдавливанием. Относительно генезиса этих образований мы разделяем мнение С.Г. Анкиновича и Н.М. Чумакова о принадлежности их к тиллитам.

Расположение выделенных фаций в изученных разрезах показано на рис. 1. Фация МПМ-ГВ в Северо-Западном Каратау слагает нижнюю половину ранской свиты. Фация ГАП-ММ встречена в верхней части ранской и нижней части косшокинской свит (разрез по р. Ран). Фация НШМ-ПА слагает верхнюю часть косшокинской и нижнюю часть курай пинской свит. Верхняя часть курайлинской свиты и байконурская свита отнесены к фации ГШМ-ПА. Характер направленности изменения фаций в вендском периоде в Северо-Западном Каратау иллюстрируется на рис. S. В расположенном юго-восточнее Центральном Каратау трансгрессия началась значительно позже. Здесь отсутствуют отложении ранской, косшокинской и курайлинской свит, а байконурская свита имеет сокращенную мощность и в нижней и средней частях сложена фациями мелкого моря.

Резюмируя сказанное, отметим, что вендские отложения по составу, характеру диагенеза и метагенеза очень близки к отложениям нижнего палеозоя и многими исследователями раньше принимались за кембрийские. Формирование вендских отложений Большого Каратау, представляющих крупную трансгрессивную серию шельфовых отложений, по нашему мнению, связано с начальным развитием крупной рифтогенной структуры ка западной окраине Казахстанского микроконтинента или Кокчетав Моюнкумского массива. Эта рифтогенная структура была заложена на границе рифея и венда и протягивалась от Ишимской луки до Чаткало-Нарынской зоны в Тянь-Шане. Нашими исследованиями кембоийских и ордовикских отложений Большого Каратау и Байконурсжого синклинория установлено, что в раннем палеозое здесь существовала континентальная окраина атлантического типа с батиальным комплексом фаций в ее внешней части.

Полученные нами материалы позволяют утверждать, что вендское время было эпохой трансгрессий не только на платформах, но и в геосинклинальных областях, обрамлявших древние срединные массивы. Эта эпоха была связана с зарождением каледонских геосинклиналей Казахстана.





Яндекс.Метрика