Tectonic setting of the middle-late cambrian deposits of isl. Bolshevik and isl. Troynoy (Russian Arctic): a case of clastic rocks from metaterrigeneous complexes

Cover Page

Abstract


The new data on the tectonic settings and sedimentational circumstances of the Middle-Late Cambrian deposits of the southern part of the North Kara terrane, presented in our research, the data induced from the studies of clastic rocks in the basement metaterrigeneous complexes of Troynoy island (archipelago Izvestia CEC) and the northern part of Bolshevik island (archipelago Severnaya Zemlya). The sandstones of both regions are similar in the lithic wacke composition and contain the same groups of rocks fragments. Clastic zircons and Cr-spinels from sandstones of both regions have the same Zr/Hf and TiO2/Al2O3 ratios, respectively.

The similarity of even-aged sediments from both regions can be explained by their accumulation due to the demolition of detrital material from a single source eroded area, which is a segment of the accretionary uplift of the Timan‒Severnaya Zemlya orogenic belt, with the newly formed continental Neoproterozoic-Cambrian crust. The low – and medium-grade metamorphosed terrigeneous complexes dominated in the structure of the source area. Presence of volcanic and intrusive complexes in the source area is marked by clastic Cr-spinels with geochemical signatures of volcanic arc and suprasubductional ophiolites origin. By the beginning of the Ordovician, the Middle Late Cambrian sediments were also crushed, metamorphosed, and included in the structure of the Timan‒ Severnaya Zemlya orogenic belt.

Peculiarities of petrographic and grain-size composition and sorting of the sandstones from the north of Bolshevik island are more typical for the sediments of gravity turbidite flows, in deep or relatively deep water conditions. The deposits of Troynoy island could be formed at shallow and coastal-marine environments.

 

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

В рамках программы изучения перспектив нефтегазоносности шельфовых морей Российской Арктики нефтяной компанией ПАО «Роснефть» (г. Москва) в сотрудничестве с геологическим факультетом МГУ им. м.В. Ломоносова (г. Москва) и ВСЕГЕИ (г. Санкт-Петербург) в 2013г. проводились полевые исследования по изучению геологического строения островов архипелагов Северная Земля и Известий ЦИК. Участниками экспедиции были отобраны образцы обломочных пород для датирования детритовых цирконов из разновозрастных образований фундамента и осадочного чехла островов Карского моря.

Дополнительно для изучения состава песчаников и восстановления особенностей обстановок их накопления и реконструкции областей сноса из образцов были изготовлены прозрачные шлифы и аншлифы.

Целью нашего исследования являлось выявление основных черт строения и тектонических особенностей областей, поставлявших в среднем–позднем кембрии обломочный материал для районов, принадлежащих южной части Северо-Карского блока, в которые входят о. Большевик (арх. Северная Земля) и о. Тройной (архипелаг Известий ЦИК). Интерес к формированию фундамента этой области связан с дискуссионностью строения и происхождения Северо-Карского блока. В настоящее время наиболее широкое распространение имеют следующие интерпретации [16, 28, 26, 20, 21, 7]:

– Северо-Карский блок был отдельным докембрийским континентом, который только в позднем палеозое столкнулся с Балтикой и Сибирью;

– Северо-Карский блок как отдельный континент столкнулся с Балтикой в венде–кембрии;

– Северо-Карский блок являлся частью образованного в венде–кембрии огромного аккреционного орогена, который протягивался от современного Тимана до островов Северной Земли и северной части п-ова Таймыр, и, вероятно, далее – на восток.

 

Рис. 1. Район исследований. Точки отбора образцов: А – п-ов Олений, о-в Большевик (по [6], с изменениями и дополнениями); Б – о-в Тройной. 1 – четвертичные отложения; 2 – среднекаменноугольно-нижнепермская ахматовская свита; 3 – нижний ордовик(?), касаткинская толща; 4 – верхний кембрий(?), тельмановская толща; 5 – средний-верхний кембрий(?), сложнинская толща; 6 – нижний-средний кембрий(?), краснореченская толща; 7 – неопротерозойско(?)-кембрийские нерасчлененные образования; дайки (8-10): 8 – ранне-среднекаменноугольных гранит-порфиров; 9 – раннетриасовых долеритов;10 – позднетриасовых лампрофиров; 11 – разрывные нарушения; 12 – точки отбора образцов

 

Рис. 2. Гранулометрический состав образцов средне-верхнекембрийских песчаников о. Большевик и о. Тройной на: (А) – сглаженных кривых, (Б) – кумулятивных кривых. 1 – ЦИК-2-2б; 2 – ЦИК-2-2в; 3 – Бол-1-82а; 4 – Бол-1-82в; 5 – Бол-7-96б

 

В нашей статье мы представляем результаты наших исследований, анализ полученных данных и интерпретацию тектонических событий, произошедших в среднем–верхнем кембрии в изучаемом регионе, которые дополнят и уточнят историю формирования Арктики.

ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ОЧЕРК

Остров Большевик входит в состав архипелага Северная Земля и является вторым по величине. Полуостров Олений образует северную оконечность о. Большевик (рис. 1). На востоке п-ова Олений были обследованы и опробованы породы, развитые в поле распространения сложнинской толщи, верхнего рифея – венда или предположительно среднего-верхнего кембрия [2, 5]. Толща принадлежит комплексу образований складчато-метаморфического фундамента островов арх. Северная Земля. Отложения, описанные в двух точках (1РН Бол и 7РН Бол), представлены метатерригенными породами темно-серой, почти черной окраски, часто с зеленоватым оттенком. Пелиты преобразованы в серицит-хлоритовые, карбонат-серицит-хлоритовые сланцы; метапесчаники представляют собой макроскопически однородные, массивные, очень плотные породы, в полевых условиях иногда принимавшиеся за дайки базальтоидов. Слои в обнажениях имеют субвертикальное залегание, разбиты разрывными нарушениями, кливажированы. Степень метаморфизма соответствует эпидот-зеленосланцевой фации. В точке 1РН Бол отбор образцов производился преимущественно из нижних и средних частей мощных (3–5 м) слоев массивных метапесчаников, с неотчетливо проявленной градационной слоистостью.

На о. Тройной архипелага Известий ЦИК в двух близко расположенных точках в береговых обрывах близ полярной станции (1РН ЦИК и 2РН ЦИК) были опробованы песчаники из метатерригенной пестроцветной толщи. Позднерифейско-вендский возраст этих пород предполагался по аналогии с образованиями достановского комплекса Таймыра [1], однако последние данные по исследованию детритовых цирконов [6] дают основание считать их средне- или даже позднекембрийскими. Стратиграфическая последовательность внутри толщи и ее сложная складчатая структура до настоящего времени мало изучены. Степень метаморфизма образований аналогична измененности пород, изученных на о. Большевик.

Оба района входят в состав Северотаймырско-Североземельской зоны, которая в настоящее время широко признается как область с неопротерозойско-кембрийским фундаментом, вошедшая в состав Таймырского орогена в позднем палеозое [3, 7, 13, 20, 27].

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для представительных образцов песчаников с заметной ролью среднезернистой фракции был произведен подсчет петрографического состава зерен песчаников в прозрачных шлифах по методу Гацци–Дикинсона [10], по сетке с регулярным шагом от 0.4–0.6 мм в зависимости от размера самой крупной фракции в шлифе. Подсчет состава для 300–400 зерен производился по группам пород и минералов:

– кварц;

– полевые шпаты;

– слюды;

– акцессорные минералы;

– обломки пород:

  • осадочных – песчаники, алевролиты, пелиты, кремнистые породы,
  • метаморфических – кварциты, сланцы, гнейсы,
  • вулканических – вулканиты средне-основного состава и кислые,
  • плутонических.

Для установления строения областей сноса полученные численные характеристики составов переводились в процентные соотношения и выносились на классификационную [24] и диагностическую [10, 11] трехкомпонентные диаграммы.

 

Табл.1. Гранулометрические характеристики средне-верхнекембрийских песчаников о. Большевик (номера образцов 1‒3) и о. Тройной (номера образцов 4‒5).

Образцы

Сортировка

Средний размер зерен

Преобладающий размер зерен

1

Бол-1-81а

0.94

2.7

2.67

2

Бол-1-81в

0.93

2.95

2.89

3

Бол-7-96б

0.99

2.7

2.72

4

ЦИК-2-2б

0.84

2.96

2.99

5

ЦИК-2-2в

0.95

3.07

3.04

Сортировка

σφ=(φ84-φ16)/4+(φ95-φ5)/6.6

Средний размер зерен

Md= φ50

Преобладающий размер зерен

M=(φ16+φ50+φ84)/3

 

Отсутствие в породах характерных текстурных признаков, которые могли бы помочь в восстановлении обстановок осадконакопления, привело к необходимости использовать методы гранулометрического анализа отложений.

Сортировка определялась на основе измерения в шлифах максимальных размеров 150 обломочных зерен подряд, попадающих на линию или параллельные линии. Графически сортировка для обработанных образцов изображена в виде сглаженных и кумулятивных кривых. Размер обломков выражен в единицах ϕφ, равных отрицательному двойному логарифму максимального диаметра зерна. Численные характеристики сортировки подсчитаны по формуле Фолка–Уарда [14] и определение истинной степени сортировки произведено с поправкой на измерения в шлифах.

Окатанность обломков оценивалась в шлифах одновременно для тех же 150 зерен, по 5-балльной шкале по визуальным диаграммам [24] и ее распределение в образцах отображено на гистограммах.

 

Рис. 3. Точки гранулометрических составов средне-верхнекембрийских песчаников (по данным [22]). Даны (цифры в кружках): 1–2 – отложения: 1 – потоков, 2 – турбидитные; 3 – осадки из взвеси в спокойных водах. Интервалы между точками: N/O – осадки перекатывания; O/P – осадки перекатывания с незначительным количеством осадков взвеси; P/Q- осадки взвеси с некоторым количеством осадков перекатывания; Q/R – отложения течений со средними скоростями; R/S- однородные осадки взвеси. 1–2 – средне-верхнекембрийские песчаники островов: 1 – о. Большевик, 2 – о. Тройной

 

Рис. 4. Гистограммы окатанности зерен в средне-позднекембрийских песчаниках о. Большевик и о. Тройной. Окатанность зерен, по [25]: 0 – очень угловатые, 1 –угловатые, 2 – полуугловатые, 3 – полуокатанные, 4 – окатанные, 5 – хорошо окатанные.

 

Состав обломочных зерен химически стойких акцессориев – цирконов и хромшпинелидов – был исследован микрозондовым (рентгеноспектральным) методом с целью установления пород-источников этих минералов.

СОСТАВ ОТЛОЖЕНИЙ

Из образцов песчаников, отобранных на островах, было изготовлено:

– о. Тройной: 20 шлифов;

– о. Большевик: 12 шлифов (точка 1РН Бол) и 11 шлифов (точка 7РН Бол).

Гранулометрический состав песчаников может быть описан как преимущественно средне-мелкозернистый, с примесью алеврит–тонкопесчаного и грубо-крупнозернистого материала. К мелкозернистой фракции относится примерно 50–60% зерен, к среднезернистой – 15–20%. На сглаженных кривых (рис. 2, А) гранулометрические составы пород выглядят как близкие к симметричным, с невыраженным и неустойчивым сдвигом. Вычисленная [14] степень сортировки для песчаников меняется от 0.84 (обр. РН ЦИК2-2б) до 0.99 (7РН Бол-96б) (табл. 1), что, с поправкой на измерение в шлифах, соответствует средней сортировке.

На генетической диаграмме Пассега–Байрамджи [22, 8] точки гранулометрических составов песчаников о.Большевик и одна точка о.Тройной попадают в область турбидитовых осадков с переносом материала по дну и отчасти – во взвеси (рис. 3).

Окатанность песчаных зерен неравномерная, с заметным преобладанием полуокатанных и полуугловатых обломков (рис. 4). Немногочисленные хорошо окатанные обломки кварца (до 3.8% в обр. РН ЦИК2-2б) вероятно, являются продуктами переотложения зерен из более древних обломочных пород. Количество окатанных зерен также немного выше в образцах о. Тройной (до 16.1–21.6 %), что повышает среднюю окатанность до 2.7 по сравнению с песчаниками о. Большевик (2.3–2.5). При этом песчаники о. Тройной имеют наименьшие (около 10%) содержания угловатых зерен.

По составу обломков и количественному соотношению песчаники о. Большевик и о. Тройной аналогичны, они относятся к группе лититовых вакк и содержат одинаковые типы обломков лититовой компоненты (рис. 5, рис. 6). Образцы, отобранные на о. Большевик, содержат от 43.1 до 53.7% кварцевых зерен, 49.4% в среднем. Полевые шпаты, представленные в основном плагиоклазами, образуют 8.1–14.8% песчаных зерен, в среднем – 11.5%.

Из обломков пород наиболее многочисленны (21.3–44.4%) метаморфиты – кварциты, микрокварциты, кварцитосланцы, слюдистые и (кварц–) хлорит–серицитовые сланцы, единично – гнейсовидные породы. Среди обломков вулканических пород (2.3–10.5%) наиболее многочисленны зерна основных и средних вулканитов (2.1–7.1%), кислые эффузивы, до риолитов (см. рис. 5), встречаются редко. Плутонические породы в обломках обычно представлены гранитоидами, реже – диоритами и габбродиоритами, но тонко раскристаллизованные разности, с размером кристаллов менее 0.0625 мм, встречаются редко (менее 2%).

В песчаниках с о. Тройной содержание кварца меняется от 43.4 до 51.5% (46.7% в среднем). Полевые шпаты образуют 11.2% частиц. Обломки пород в среднем составляют 39% зерен, из них на метаморфические приходится 16.2–35.4%, на вулканиты – 4.0–9.8%, плутонические породы – 0.5–2.4% и осадочные – 0.3–2.3%.

Обломки осадочных пород малочисленны (до 3.3%) и представлены в основном аргиллитами, реже – алевролитами. Измененность вещества обломков связана с позднее наложенным метаморфизмом.

Зерна обломочных акцессорных минералов иногда сравнительно многочисленны (до 1% в среднем по образцам о. Большевик) и разнообразны. В них преобладают рудные (магнетит и титаномагнетит, преимущественно), циркон, турмалин, апатит, сфен, лейкоксен, – реже встречаются эпидот, хромшпинелиды. Нерегулярно и в малых количествах встречаются в обломках рутил, монацит, ксенотим, ортит, ставролит, силлиманит, роговая обманка.

 

Рис. 5. Обломки пород литокластической составляющей песчаников. Шлифы (фото): = - без анализатора; + - с анализатором. (А) – шлиф РН Бол-1-5а: базальтов – б, кварцитов – к, кварц-серицитовых сланцев – с; (Б) – шлиф РН ЦИК-2-2-1: плагиоклаз-порфировых дацитов – д; (В) – шлиф РН Бол-1-5в: кварц (Q)-порфировых риолитов – р; (Г) – шлиф РН Бол-1-5-3: микрогранитов – г.

 

Первичный глинистый цемент песчаников встречается на о. Большевик, в песчаниках о. Тройной он содержит примесь карбонатного вещества. Его вещество сильно изменено, обычно преобразовано в тонкий агрегат хлорита, серицита, кварца и альбита, с примесью эпидота. Отчасти цемент мог быть образован за счет разложения химически нестойких обломков. При метаморфизме по некоторым зернам, частично захватывая цемент, развивались микрокристаллы новообразованного железистого граната.

 

Рис. 6. Петрографический состав средне-верхнекембрийских песчаников (по данным [24]). Поля составов обломочных пород: I – кварцевые вакки; II – аркозовые вакки; III – лититовые вакки. 1–2 – образцы, отобранные на островах: 1 – о. Большевик, 2 – о. Тройной

 

Карбонатность песчаников острова Большевик (1РН Бол и 7РН Бол) составляет десятые доли процента, единично – до 1.5 % , которая связана с коррозией плагиоклазов кальцитом, в основном. В породах о. Тройной карбонатность связана с первичным составом цемента и составляет 1.2–5.3%, иногда более, – кроме кальцита, встречаются сидерит и доломит.

В зонах концентрации давления при метаморфизме в цементе песчаников возникали элементы сланцеватости. Имеются следы направленной коррозии части песчаных зерен, в тенях давления наблюдаются участки ориентированного агрегата слоистых силикатов – продукта изменения первичного цемента.

ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СОСТАВОВ АКЦЕССОРНЫХ МИНЕРАЛОВ ПЕСЧАНИКОВ

Рентгеноспектральный анализ проводился на геологическом факультете МГУ им М.В. Ломоносова (г. Москва), в лаборатории локальных методов исследования геохимии вещества. Первоначально была предпринята попытка петро- и геохимического анализа составов вулканитов из литокластической составляющей песчаников в аншлифах. Однако составы пород в обломках оказались сильно измененными: плагиоклаз вкрапленников и лейст из основной массы основных и средних эффузивов полностью альбитизирован, темноцветные минералы замещены хлоритом. Потому было решено применить тот же метод к изучению особенностей состава химически стойких акцессорных минералов: цирконов и хромшпинелидов, – с целью установления пород-источников этих минералов.

 

Табл.2. Содержание циркония и гафния в зернах обломочных цирконов в песчаниках о. Большевик и о. Тройной.

Точка анализа

% элементов, атом.

% элементов, масс.

Точка анализа

% элементов, атом.

% элементов, масс.

Zr

Hf

Zr

Hf

Zr

Hf

Zr

Hf

1

Бол-7-96d_04

16.28

0.28

48.15

1.62

33

Бол-7-96д_49

16.26

0.32

47.48

1.84

2

Бол-7-96д_05

16.40

0.20

48.23

1.17

34

Бол-7-96д_50

16..9

0.19

47.55

1.10

3

Бол-7-96д_06

16.17

0.24

46.98

1.35

35

Бол-7-96д_51

16.40

0.20

47.87

1.12

4

Бол-7-96д_07

16.22

0.24

46.84

1.35

36

Бол-7-96д_52

16.44

0.23

48.05

1.33

5

Бол-7-96д_09

16.35

0.21

47.50

1.19

37

Бол-7-96д_53

16.25

0.23

46.50

1.26

6

Бол-7-96д_10

16.11

0.33

47.46

1.90

38

Бол-7-96д_55

16.32

0.24

47.85

1.39

7

Бол-7-96д_11

16.33

0.28

47.63

1.61

39

Бол-7-96д_56

13.95

0.41

34.56

2.01

8

Бол-7-96д_12

16.30

0.18

47.31

1.02

40

Бол-7-96д_57

16.37

0.17

47.43

0.98

9

Бол-7-96д_13

16.31

0.15

48.08

0.88

41

Бол-7-96д_58

16.41

0.25

47.77

1.40

10

Бол-7-96д_14

16.43

0.20

48.52

1.14

42

Бол-7-96д_59

16.52

0.15

48.34

0.83

11

Бол-7-96д_15

16.40

0.23

48.81

1.35

43

Бол-7-96д_60

16.51

0.15

48.03

0.87

12

Бол-7-96д_16

16.48

0.17

48.65

0.99

44

Бол-7-96д_61

16.41

0.20

47.93

1.16

13

Бол-7-96д_17

13.97

0.27

39.66

1.52

45

Бол-7-96д_62

16.37

0.17

47.29

0.94

14

Бол-7-96д_20

16.45

0.21

48.38

1.19

46

Бол-7-96д_63

16.45

0.19

48.28

1.08

15

Бол-7-96д_21

16.50

0.16

48.70

0.91

47

ЦИК-2-2a_01

16.46

0.14

48.12

0.82

16

Бол-7-96д_22

16.00

0.21

43.91

1.13

48

ЦИК-2-2a_04

16.32

0.28

48.55

1.60

17

Бол-7-96д_23

16.41

0.16

48.18

0.94

49

ЦИК-2-2a_06

16.31

0.27

47.63

1.55

18

Бол-7-96д_24

15.99

0.18

45.22

0.99

50

ЦИК-2-2a_07

15.94

0.17

41.53

0.87

19

Бол-7-96д_25

16.16

0.25

46.51

139

51

ЦИК-2-2a_10

16.34

0.26

47.92

1.50

20

Бол-7-96д_26

16.20

0.24

46.79

1.35

52

ЦИК-2-2a_11

16.41

0.22

47.92

1.25

21

Бол-7-96д_27

16.26

0.27

47.34

1.55

53

ЦИК-2-2a_12

16.39

0.22

47.33

1.26

22

Бол-7-96д_31

16.38

0.21

47.69

1.18

54

ЦИК-2-2a_22

16.38

0.20

47.65

1.12

23

Бол-7-96д_34

16.41

0.16

47.14

0.89

55

ЦИК-2-2a_23

16.49

0.14

48.21

0.79

24

Бол-7-96д_35

16.47

0.19

48.77

1.10

56

ЦИК-2-2a_24

16.36

0.16

47.84

0.94

25

Бол-7-96д_39

16.42

0.18

47.68

1.02

57

ЦИК-2-2a_25

16.38

0.22

48.24

1.29

26

Бол-7-96д_40

16.45

0.18

48.40

1.02

58

ЦИК-2-2a_26

16.42

0.13

48.48

0.76

27

Бол-7-96д_41

16.51

0.17

48.30

0.96

59

ЦИК-2-2a_33

16.34

0.17

47.94

0.97

28

Бол-7-96д_44

16.33

0.20

47.11

1.13

60

ЦИК-2-2a_34

16.40

0.23

48.28

1.32

29

Бол-7-96д_45

16.47

0.15

47.71

0.86

61

ЦИК-2-2a_38

14.65

0.20

34.73

0.95

30

Бол-7-96д_46

16.34

0.24

47.69

1.39

62

ЦИК-2-2a_39

16.19

0.22

47.21

1.23

31

Бол-7-96д_47

16.23

0.21

46.85

1.19

63

ЦИК-2-2a_41

16.37

0.21

47.79

1.21

32

Бол-7-96д_48

16.27

0.28

47.52

1.58

64

ЦИК-2-2a_42

16.42

0.26

47.51

1.45

 

Табл.3. Содержание титана и алюминия и их оксидов в зернах обломочных хромшпинелидов в песчаниках о. Большевик и о. Тройной.

Точка анализа

% элементов, атом.

% элементов, масс.

Точка анализа

% элементов, атом.

% элементов, масс.

Ti

Al

TiO2

Al2O3

Ti

Al

TiO2

Al2O3

1

Бол-1-81г_06

0.02

0.47

0.05

0.65

19

Бол-7-96д_42

0.10

7.51

0.26

13.06

2

Бол-1-81г_07

0.01

0.44

0.03

0.59

20

Бол-7-96д_43

0.10

7.41

0.27

12.97

3

Бол-1-81г_13

0.06

12.18

0.17

22.87

21

Бол-7-96д_19

0.23

10.49

0.68

19.54

4

Бол-1-81г_15

0.09

12.17

0.26

22.87

22

Бол-7-96д_20

0.22

10.44

0.64

19.09

5

Бол-1-81г_16

-0.01

12.52

-0.04

24.19

23

Бол-7-96д_56

0.01

3.86

0.03

6.69

6

Бол-1-81г_24

0.02

2.11

0.05

3.36

24

Бол-7-96д_57

0.02

3.74

0.04

6.44

7

Бол-7-96д_01

0.05

6.96

0.13

12.40

25

ЦИК-2-2a_02

0.01

8.03

0.04

14.88

8

Бол-7-96д_02

0.05

7.06

0.14

12.68

26

ЦИК-2-2a_03

0.02

7.91

0.06

14.37

9

Бол-7-96д_03

0.06

2.03

0.14

3.27

27

ЦИК-2-2a_08

0.01

2.91

0.04

5.07

10

Бол-7-96д_18

0.02

8.01

0.05

14.81

28

ЦИК-2-2a_09

0.01

2.81

0.03

4.89

11

Бол-7-96д_19

0.03

8.19

0.1

15.20

29

ЦИК-2-2a_34

0.02

3.59

0.06

6.33

12

Бол-7-96д_28

0.06

3.96

0.16

6.82

30

ЦИК-2-2a_35

0.04

6.13

0.11

11.14

13

Бол-7-96д_29

0.04

3.54

0.1

6.04

31

ЦИК-2-2a_36

0.07

6.19

0.20

11.17

14

Бол-7-96д_32

-0.02

2.78

-0.04

4.27

32

ЦИК-2-2a_37

0.02

5.74

0.06

10.06

15

Бол-7-96д_33

0.00

2.83

0.00

4.18

33

ЦИК-2-2г_24

0.02

8.46

0.06

16.08

16

Бол-7-96д_36

0.05

10.82

0.13

19.90

34

ЦИК-2-2г_38

0.19

8.88

0.54

16.12

17

Бол-7-96д_37

0.06

10.85

0.16

19.97

35

ЦИК-2-2г_39

0.18

8.4

0.51

15.84

18

Бол-7-96д_38

0.00

8.40

0.00

15.39

 

 

Рис. 7. Характерный вид зерен анализированных акцессорных минералов. А – циркон (шлиф РН Бол-7-96д); Б – хромшпинель (шлиф РН Бол-7-96д).

 

Полученные значения атомных количеств элементов по стехиометрическим коэффициентам пересчитывались в массовые количества и соотношения элементов (циркона и гафния) (табл. 2) и окислов (титана и алюминия) (табл. 3).

Зерна циркона (рис. 7, А) обычно полуугловатые, часто сохраняют элементы первичной кристаллической огранки, преимущественно призматического габитуса; полуокатанные, окатанные (вероятно, переотложенные из более древних осадочных пород) и угловатые встречаются намного реже. Цирконы часто имеют зональное строение, и на секущих зональность границах зерен нет следов доращивания минерала при метаморфизме. Обломки метамиктных цирконов редки.

Зерна хромшпинелидов внутренне однородны по строению и составу, в основном окатанные и хорошо окатанные; полуокатанные встречаются значительно реже. Частицы нередко расколоты, слабо растащены, по механизму хрупкого будинажа, при метагенезе и рассланцевании породы (см. рис. 7, Б). Признаки изменения состава зерен при метаморфизме не выявлены.

Обломочные цирконы из обоих районов отбора на диаграмме (рис. 8) образуют единую группу с высокими отношениями (Zr/Hf)/Hf. Высокогафниевые разности цирконов пологой ветви графика не наличествуют, что подтверждает отсутствие в областях сноса для районов о. Большевик и о. Тройной гранитоидов с высокими степенями дифференциации расплавов.

 

Рис. 8. Zr/Hf отношения обломочных цирконов средне-верхнекембрийских песчаников (по данным [29]). Образцы, отобранные на островах: 1 – о. Большевик; 5 – о. Тройной

 

Рис. 9. Дискриминационная диаграмма отношений TiO2 и Al2O3 составов обломочных хромшпинелидов средне-верхнекембрийских песчаников (по данным [15]). Поля составов (обозначены линиями): хромшпинелидов– базальтоидов (ARC – островодужных, LIP –крупных вулканических магматических провинций, MORB –срединно-океанических хребтов, OIB – океанических островов), перидотитов (MORB peridotite – срединно-океанических хребтов, SSZ peridotite – засубдукционных зон спрединга). 1–2 – образцы, отобранные на островах: 1 – о. Большевик; 2 – о. Тройной

 

Рис. 10. Составы песчаников на дискриминационной диаграмме QmFLt (по данным [11]). Области – источники песчаного материала: платформенные: BU – выступы фундамента, CI – внутриплитные, TC – переходные платформенные; складчатые области с породами состава: QR – кварцевого, LR – пестрого; TR – орогены переходного типа; вулканические дуги: DA – эродированые; UA – неэродированные; TA – переходные; M – смешанные области сноса. 1–2 – образцы, отобранные на островах: 1 – о. Большевик; 2 – о. Тройной

 

Определенные составы хромшпинелидов для обоих районов так же не имеют заметных различий. На генетической диаграмме TiO2/Al2O3 (рис. 9) [15] они образуют общую группу точек, практически полностью укладывающуюся в пределах поля задуговых офиолитов, причем больше половины точек попадают и в область пересечения названного поля с полем островодужных базальтоидов. Учитывая присутствие обломков вулканических пород в составе песчаников, можно допустить гетерогенное происхождение хромшпинелей, в основном – из островодужных магматических образований и отчасти – из гипербазитов задуговых офиолитов.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Условия образования отложений

Для описанных нами отложений о. Большевик наиболее вероятно их морское происхождение, судя по темноцветной окраске пород. Минимально проявленная градационная слоистость в песчаниках, умеренная сортировка зерен в нижних и средних частях слоев и первично глинистый цемент песчаников предполагают наиболее вероятным участие в переносе зерновых гравитационных потоков на сравнительно крутых уклонах дна, что поддерживается положением точек гранулометрического состава в поле турбидитов (см. рис. 3). Данные признаки допускают возможность накопления отложений в относительно глубоководных условиях и согласуются с тем, что эти отложения относятся к образованиям континентального склона [28].

Породы о. Тройной характеризуются пестроцветностью, предполагающей более высокую активность кислорода в среде осадконакопления. Вместе со средней сортировкой песчаного материала, немного лучшей окатанностью и менее ясным положением точек на генетической диаграмме Пассега [22] (см. рис.3) вероятнее образование отложений в аллювиально-дельтовых и/или мелководных прибрежно-морских обстановках, при умеренной активности процессов перераспределения и сортировки материала.

В целом низкая степень окатанности песчаных зерен говорит о сравнительно небольшой дальности переноса материала, сопоставимой для обоих районов исследования.

По составу обломков песчаники с о. Большевик и о. Тройной не имеют существенных отличий. Лититовые вакки обоих районов образуют общее поле составов на классификационной диаграмме (см. рис. 6) и имеют аналогичные наборы обломков пород в лититовой компоненте. На диагностической треугольной диаграмме Дикинсона [11] точки составов песчаников образуют (рис. 10) общее облако. Большей своей частью облако точек попадает в поле:

  • TR – ороген переходного типа и частично – в смежную область;
  • QR – ороген, сложенный существенно кварцевыми породами.

В строении области сноса присутствовали и, судя по количеству обломков, преобладали умеренно и слабо метаморфизованные, преимущественно метаосадочные породы: хлорит-серицитовые и слюдистые сланцы и кварцитосланцы, кварциты. Роль интенсивно метаморфизованных пород чрезвычайно мала. Наличие в песчаниках обломков пестрых по составу вулканитов и малоглубинных, тонко раскристаллизованных интрузивных пород, при учете особенностей состава хромшпинелидов (см. рис.9), отчасти связано с присутствием в строении орогена островодужных магматических образований и пород надсубдукционных офиолитов.

Спектры возрастов обломочных цирконов для обоих районов [7] (рис. 11) так же pначительно близки. В их строении наибольшую амплитуду имеют пики с неопротерозойскими (вендскими) возрастами 553–554 млн лет, и самые молодые, несомненно кембрийские цирконы (495–540 млн лет), образуют около 6% всех зерен для обоих районов и определяют нижний предел возраста формирования отложений. Возраст от 495 до 778 млн лет имеют 65% обломочных цирконов (о. Большевик) и 57% (о. Тройной); в основании главного максимума слабо выражены пики 685 млн и 728 млн лет соответственно. Возраст почти всех остальных зерен сравнительно равномерно (в среднем 1–2%) распределен в интервале от позднего палеопротерозоя по начало неопротерозоя (2100–930 млн лет), с малоамплитудными статистическими максимумами (до 4%) 1248, 1541 и 1881 млн лет (о. Большевик) и 1536 млн лет (о. Тройной). Эти спектры очень близки к результатам, полученным ранее для метатерригенных пород о. Тройной [3] и близких по возрасту пород других районов о. Большевик [3, 6, 18], Северотаймырской зоны [23, 6, 13], островов Де Лонга [12] и северо-восточной части Тимано-Печорской области и смежных частей Полярного Урала [16, 17].

 

Рис. 11. Возрастные спектры обломочных цирконов песчаников (по данным [7]) из метатерригенной пестроцветной толщи о. Тройной архипелага Известий ЦИК (А), сложнинской свиты о. Большевик (Б), нижней части осадочного чехла островов архипелага Северная Земля (В).

 

Учитывая набор литокластов песчаников, геохимические особенности акцессориев и радиоизотопные датировки обломочных цирконов, логично предположить, что формирование отложений происходило за счет сноса с горного сооружения, образованного аккрецией неопротерозойских (преимущественно) и кембрийских островных дуг и террейнов иного происхождения, на предорогенной стадии этого пояса. Небольшая роль цирконов, датированных второй половиной палеопротерозоя (1600–2100 млн лет, 9% и 11% для о. Тройной и о. Большевик, соответственно), и очень малая доля (>2%) – архейских цирконов, предполагают отсутствие (или небольшое распространение) в области сноса блоков с раннедокембрийской корой. Резкое преобладание неопротерозойских датировок свидетельствует о первичности континентальной коры размывавшегося орогена.

Возраст изученных отложений может быть средне-позднекембрийским: отложения нижнего ордовика на о. Октябрьской Революции со структурным несогласием залегают на всех более древних образованиях [2, 28]. При этом степень деформированности и метаморфизм изученных пород, их принадлежность к комплексу фундамента о. Большевик и о. Известий ЦИК свидетельствуют о более поздней, позднекембрийской окончательной консолидации коры этого района.

Сходные данные о возрасте складчатости тем же методом получены и другими исследователями для других районов островов Северной Земли и архипелага Известий ЦИК, для Северотаймырской зоны и островов Норденшельда [6, 12, 18, 23, 26, 28]. Близкие датировки цирконов пород фундамента имеются и для северо-востока Тимано-Печорской области [16, 17, 21] и Новой Земли [19, 23], что допускает возможность объединения всех этих областей в составе протяженного Тимано-Североземельского орогена, сформировавшего в конце протерозоя–кембрии северо-восточное (в современных координатах) обрамление Балтики [7, 13, 18, 25]. Вероятно, продолжение пояса тиманид прослеживается далее в фундаменте островов Де Лонга [12]. В пределах пояса тиманид могли существовать отдельные террейны с более древней континентальной корой. Однако полученные нами данные для сегмента террейна, обнажающегося по юго-восточной периферии Карского моря, свидетельствуют о первичности его неопротерозойско-кембрийского фундамента.

Пик возрастов (500–650 млн лет) обломочных цирконов является характерным признаком сноса с тиманид и в более молодых, палеозойских отложениях этого и соседних регионов [9, 18, 23, 27]. Строение спектров возрастов обломочных цирконов из терригенных пород фундамента и нижних уровней осадочного чехла Северной Земли (ордовик–силур) (см. рис. 11, В) практически идентичны, т.е. в ордовике и силуре размыву подвергались приподнятые блоки того же самого фундамента [7].

ВЫВОДЫ

По результатам проведенного исследования мы пришли к следующим выводам:

  1. Изученные образцы метаосадочных пород о. Большевик и о. Тройной аналогичны по своему петрографическому составу и спектрам возрастов обломочных цирконов. По полученным результатам датирования обломочных цирконов данное сходство предполагает близкий, если не аналогичный возраст отложений, который является средне- и, что более вероятно, – позднекембрийским.
  2. Магматические породы, представленные в обломках в песчаниках в обеих областях, частично происходят из островодужных комплексов, как и часть обломочных хромшпинелидов. Прочие хромшпинелиды перемыты из гипербазитов задуговых офиолитовых комплексов.
  3. Источником сноса для обеих областей по сходству состава песчаников являлась единая складчатая область сложного строения – ороген с преимущественным распространением существенно кварцевых метаосадочных комплексов позднедокембрийско-среднекембрийского возрастов, с подчиненным значением островодужных магматических комплексов и задуговых офиолитов. Область сноса представляла собой сегмент Тимано-Североземельского складчатого пояса на аккреционной стадии развития. В процессе орогенеза, складчатости и метаморфизма данные осадочные комплексы также вошли в состав Тимано-Североземельского складчатого пояса.
  4. Изученные особенности гранулометрии, сортировки, окатанности и окраски пород о. Большевик позволили нам выявить их накопление в умерено глубоком бассейне при участии турбидитных потоков, тогда, как образование отложений о. Тройной происходило в мелководно- и прибрежно-морских условиях при сопоставимой, сравнительно небольшой, дальности переноса.
  5. Наличие в строении позднекембрийского орогена островодужных и задуговых магматических комплексов и преобладание в осадочных толщах на поздних стадиях его становления обломочных цирконов средне-позднекембрийских возрастов [7] свидетельствует о преобладании в строении тиманид Северо-Таймыр–Североземельского сегмента Тимано-Североземельского орогена новообразованной континентальной коры.

В кембрии ороген представлял собой огромный аккреционный складчатый пояс, который протягивался в восточном простирании от северо-восточной окраины Балтики (Тимана) до Северо-Карского региона.

Благодарности. Авторы статьи признательны НК ПАО “Роснефть” (г.Москва) за обеспечение участия в экспедиции геологического факультета МГУ им. м.В. Ломоносова (г.Москва) и предоставленные материалы.

Финансирование. Работа выполнена при финансовой поддержке грантов РФФИ № 18-05-70011, 18-05-00495.

About the authors

P. A. Fokin

Lomonosov Moscow State University

Author for correspondence.
Email: fokin@geol.msu.ru

Russian Federation, Moscow

Geologic Faculty

 

V. O. Yapaskurt

Lomonosov Moscow State University

Email: fokin@geol.msu.ru

Russian Federation, Moscow

Geologic Faculty

 

A. M. Nikishin

Lomonosov Moscow State University

Email: fokin@geol.msu.ru

Russian Federation, Geologic Faculty

References

  1. Васильев В.В., Вискунова К.Г., Кийко О.А., Козлов С.А. и др. Государственная геологическая карта Российской Федерации масштаба 1:1000000 (третье поколение). Сер. Северо-Карско–Баренцевоморская. Лист T-41-44 – мыс Желания //Объяснительная записка / СПб.: ВСЕГЕИ, 2013. 200с.+3 вкл.
  2. Государственная геологическая карта Российской Федерации масштаба 1:1000000 (новая серия). Лист T-45-47 – о. Октябрьской Революции. Лист T-48-50 – о. Большевик / СПб.: МПР РФ–ВСЕГЕИ–ВНИИОкеангеология, 2003. 6 л.
  3. Ершова В.Б., Прокопьев А.В., Худолей А.К., Андерсен Т., Куллеруд К., Макарьев А.А., Маслов А.В., Колчанов Д.А. Результаты U–Pb (LA-ICP-MS)-датирования обломочных цирконов из метатерригенных пород фундамента Северо-Карского бассейна //ДАН. 2015. Т. 464. № 4. С. 444–447.
  4. Кабаньков В.Я., Рогозов Ю.Г., Макарьев А.А. Стратиграфия верхнепротерозойских отложений острова Большевик (архипелаг Северная Земля) / В кн. Геология архипелага Северная Земля. Л.: Севморгео, 1982. С.5–21.
  5. Качурина Н.В., Макарьев А.А., Макарьева Е.М. и др. Государственная геологическая карта Российской Федерации. Масштаб 1:1 000 000 (3-е поколение). Серия Северо-Карско-Баренцевоморская. Серия Таймыро-Североземельская. Лист T-45−48 − м. Челюскин // Объяснительная записка / СПб.: ВСЕГЕИ, 2013. 568 с.
  6. Макарьев А.А., Макарьева Е.М. Новые данные о возрасте отдельных геологических образований островов и побережья восточной части Карского моря// Разведка и охрана недр. 2012. № 8. С. 71–77.
  7. Никишин В.А., Малышев Н.А., Никишин А.М., Голованов Д.Ю., Проскурнин В.Ф., Соловьев А.В., Кулемин Р.Ф., Моргунова Е.С., Ульянов Г.В., Фокин П.А. О выделении кембрийского Тимано-Североземельского орогена и периодизации геологической истории // ДАН. 2017. Т. 473. № 5. С.585–589.
  8. Рейнек Г.Э., Сингх И.Б. Обстановки терригенного осадконакопления. м.: Недра, 1981. 439 с.
  9. Проскурнин В.Ф. Минерагенический анализ Таймыро-Североземельского региона и оценка его золотоносного потенциала. Автореф. дис. …докт. геол.-мин. наук. СПб.: ВСЕГЕИ, 2013. 40 с.+2 вкл.
  10. Dickinson W.R. Interpreting detrital modes of greywacke and arkose // J. Sediment. Petrology. 1970. Vol. 40. P. 695–707.
  11. Dickinson W.R., Bead L.S., Brakenridge G.R., Erjavec J.L., Ferguson R.C., Inman K.F., Knepp R.A., Lindberg F.A., Ryberg P.T. Provenance of North American Phanerozoic sandstones in relation to tectonic setting // Geol. Soc. Am. Bull. 1983. Vol. 94. P. 222–235.
  12. Ershova V.B., Lorenz H., Prokopiev A.V., Sobolev N.N., Khudoley A.K., Petrov E.O., Estrada S., Sergeev S., Larionov A., Thomson T.B. The De Long Islands: A missing link in unraveling the Paleozoic paleogeography of the Arctic // Gondwana Research. 2015. No.35. P.305–322.
  13. Ershova V.B., Prokopiev A.V., Khudoley A.K., Proskurnin V.F., Andersen T., Kullerud K., Stepunina M.A., Kolchanov D.A. New U–Pb Isotopic Data for Detrital Zircons from Metasedimentary Sequences of Northwestern Taimyr // Doklady Earth Sci. 2017. Vol. 474. Part.2. P.613–616.
  14. Folk R.L., Ward W. Brazos River bar: a study in significance of grain size parameters // J. Sediment. Petrology. 1957. No.27. P.3–26.
  15. Kamenetsky V.S., Crawford A.J., Meffre S. Factors controlling chemistry of magmatic spinel: an empirical study of associated olivine, Cr-spinel and melt inclusions from primitive rocks // J. Petrology. 2001. Vol.42. No.4. P.655–671.
  16. Kuznetsov N.B., Natapov L.M., Belousova E.A., O`Reilly S.Y., Griffin W.L. Geochronological, geochemical and isotopic study of detrital zircon suites from late Neoproterozoic clastic strata along the NE margin of the East European Craton: Implications for plate tectonic models // Gondwana Research. 2010. No.17. P.583–601.
  17. Kuznetsov N.B., Soboleva A.A., Udoratina O.V., Hertseva M.V., Andreichev V.L. Pre-Ordovician tectonic evolution and volcano–plutonic associations of the Timanides and northern Pre-Uralides, north–east part of the East European Craton // Gondwana Research. 2007. No.12. P.305–323.
  18. Lorentz H., Gee D.G., Simonetti A. Detrital zircon ages and provenance of the Late Neoproterozoic and Paleozoic successions on Severnaya Zemlya, Kara Shelf: a tie to Baltica // Norvegian J. of Geology. 2008. Vol.88. P.235–258.
  19. Lorenz H., Gee D.G., Korago E., Kovaleva G., McClelland W.C., Gilotti J.A., Frei D. Detrital zircon geochronology of Paleozoic Novaya Zemlya – a key to understanding the basement of the Barents Shelf // Terra Nova. 2013. Vol.25. P.496–503.
  20. Metelkin D.V., Vernikovsky V.A., Matushkin N.Yu. Arctida between Rodinia and Pangea // Precambrian Research. 2015. Vol.259. P.114–129.
  21. The Neoproterozoic Timanide Orogen of Eastern Baltica / Gee D. G., Pease V. (eds). Geol. Soc., London, Memoirs. 2004. Vol.30. P.1–3.
  22. Passega R., Byramjee R. Grain-size image of clastic deposits // Sedimentology. 1969. Vol.13. P. 233–252.
  23. Pease V., Scott R.A. Crustal affinities in the Arctic Uralides, northern Russia: significance of detrital zircon ages from Neoproterozoic and Palaeozoic sediments in Novaya Zemlya and Taimyr // Journal of the Geological Society, London. 2009. Vol.166. P.517–527.
  24. Pettijohn F. J., Potter P. E., Siever R. Sand and sandstones / N.Y., Springer, 1987. 553p.
  25. Priyatkina N., Collins W.J., Khudoley A., Zastrozhnov D., Ershova V., Chambarlain K., Shatsillo A., Proskurnin V. The Proterozoic evolution of northern Siberian Craton margin: A comparison of U–Pb–Hf signatures from sedimentary units of the Taimyr orogenic belt and the Siberian platform // Int. Geol. Rev. 2017. Vol.59. No.13. P.1632–1656.
  26. Prokopiev A.V., Ershova V.B., Miller E.L., Khudoley A.K. Early Carboniferous paleogeography of the northern Verkhoyansk passive margin as derived from U–Pb-dating of detrital zircons: role of erosion products of the Central Asian and Taimyr–Severnaya Zemlya fold belts // Geology and Geophysics. 2013. Vol.54. P.1195–1204.
  27. Vernikovsky V.A.,Dobretsov N.L., Metelkin D.V., Matushkin N.Yu., Koulakov I.Yu. Concerning tectonics and the tectonic evolution of the Arctic // Geology and Geophysics. 2013. Vol.54. P.838–858.
  28. Vernikovsky V.A., Vernikovskaya A.E., Pease V.L., Gee D. Neoproterozoic orogeny along the margins of Siberia // The Neoproterozoic Timanide Orogen of Eastern Baltica / D.G. Gee (ed.). Geol. Soc. London. Memoirs. 2004. Vol.30. P.233–248.
  29. Wang X., Griffin W. L., Chen J. Hf contents and Zr/Hf ratios in granitic zircons // Geochem. Journal. 2010. Vol.44. P.65–72.

Supplementary files

There are no supplementary files to display.

Statistics

Views

Abstract - 123

PDF (Russian) - 61

Cited-By


PlumX

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2019 Russian academy of sciences

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies