Email this article Analysis of sedimentary and geochemical characteristics of sedimentary clastic rock samples from Alpha-Mendeleev Rice (underwater sampling)
- Authors: Tuchkova M.I.1, Skolotnev S.G.1, Sokolov S.D.1, Sergeev S.A.2
-
Affiliations:
- Geological Institute of the Russian Academy of Sciences
- All Russian Scientific Research Geological Institute named after A. P. Karpinsky
- Issue: No 3 (2024)
- Pages: 376-386
- Section: Articles
- URL: https://journals.eco-vector.com/0024-497X/article/view/658548
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0024497X24030063
- EDN: https://elibrary.ru/xvpkcp
- ID: 658548
Cite item
Full Text
Full Text
Подводное опробование поднятия Альфа- Менделеева проводилось в 2012, 2014 и 2016 гг., при помощи манипуляторов научно-исследовательской подводной лодки (НИПЛ) и отбора образцов с ледокола с использованием грейфера, драги и буровой установки [Морозов и др., 2013; Сколотнев и др., 2017]. В коллекции образцов, полученных в этих экспедициях, установлено наличие осадочных и магматических пород. Осадочные породы представлены доломитами, известняками, кварцитопесчаниками и песчаниками. В некоторых образцах карбонатных пород удалось обнаружить фаунистические остатки, позволившие определить возраст вмещающих пород. По данным разных авторов осадочные породы формировались в стратиграфическом интервале от верхнего силура до перми [Kossovaya et al., 2018] или от верхнего ордовика до нижнего мела с несколькими перерывами в осадконакоплении [Skolotnev et al., 2019; Сколотнев и др., 2022].
Из некоторых образцов обломочных пород коллекции 2012 г. были выделены детритовые цирконы и определен их изотопный U/ Pb-возраст на масс-спектрометре SHRIMP в Изотопно-аналитическом центре ВСЕГЕИ (г. Санкт-Петербург). При этом в мелкозернистых песчаниках (образцы USO-4, SS-63, SS-65, данные ВСЕГЕИ), отобранных с горы Шамшура (рис. 1), выявлена многочисленная наиболее молодая популяция цирконов возрастного интервала 206‒246 млн лет, что по аналогии с региональными данными позволило относить их позднетриасовому стратиграфическому интервалу. Детальный петрографический и геохимический анализ этих образцов показал их большое сходство с одновозрастными песчаниками о. Врангеля и Чукотки [Tuchkova et al., 2020]. Более того, удалось проследить закономерное обмеление позднетриасового осадочного бассейна с юга на север, и предположить близость континентальной суши к северо-востоку от поднятия Менделеева.
Рис. 1. Положение проанализированных образцов на географической карте Центральных Арктических поднятий, использована обзорная карта IBCAO (http://www.ngdc.noaa.gov/mgg/bathymetry/arctic/).
Положение полигонов детальных работ на поднятии Альфа-Менделеева показано красными четырехугольниками, использован рис. 1 из работы [Сколотнев и др., 2022]. Номера образцов показаны желтым цветом и соответствует положению в разрезе [Сколотнев и др., 2022].
На врезке: фрагмент географической карты арктического региона России с выделенными участками, образцы из которых были использованы в настоящей статье: 1 – поднятие Альфа-Менделеева, 2 – остров Врангеля, 3 – Чукотка.
Позднее в экспедициях 2014 и 2016 гг. С. Г. Сколотневым на трех различных полигонах поднятия Альфа-Менделеева с помощью НИПЛ были отобраны образцы пород палеозойского и мелового возраста [Сколотнев и др., 2022]. Меловые песчаники в течение 2014 г. и 2016 г. собраны в юго-западной (образцы 14-09 и 14-24, полигон 1) и центральной (образцы 1601-1, 1601-10, полигон 3) частях поднятия Менделеева, а также с горы Трукшина (образец 1602-14, полигон 2) из приполюсной части хребта Альфа [Сколотнев и др., 2017, 2022]. В образце 1602-14 присутствуют палиноморфы баррем-аптского возраста [Skolotnev et al., 2019]. Для образцов 14-24 и 1602-14 меловой возраст определен на основании U–Pb-датирования в Изотопно-аналитическом центре ВСЕГЕИ (г. Санкт-Петербург), так как в них присутствует молодая популяция цирконов в возрастном интервале 100–126 млн лет. Возраст молодой популяции цирконов и определенный по палиноморфам совпадает, для остальных 4 образцов (14-09, 1601-1, 1601-10, 1602-13) принадлежность к меловому стратиграфическому интервалу, установлено на том основании, что они пространственно и петрографически близки к меловым песчаникам.
В связи с тем, что петрографические характеристики меловых песчаников и песчанистых известняков весьма схожи с песчаниками горы Шамшура, возникло сомнение в позднетриасовом возрасте образцов (USO-4, SS-63, SS-65), датированных ранее [Tuchkova et al., 2020]. Более того, аптские песчаники обнажаются незначительно выше палеозойских отложений (через 5‒20 м), практически не оставляя пространства для расположения пород промежуточного возраста. В связи с этим при дополнительных исследованиях, направленных на детализацию состава и возраста мезозойских песчаников поднятия Альфа-Менделеева, результаты которых представлены в настоящей статье, также решалась задача подтвердить или опровергнуть триасовый возраст образцов с горы Шамшура.
ПЕТРОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОРОД
Все проанализированные песчаники мелкозернистые, с карбонатным цементом, в минеральном составе доминируют кварцевые зерна, часть которых остроугольные (рис. 2).
Рис. 2. Микрофотографии песчаников поднятия Альфа-Менделеева.
а – кварц-полевошпатовый хорошо сортированный песчаник с базальным цементом смектит-хлоритового состава, замещенным кальцитом. Много угловатых кварцевых зерен с острыми краями, обр. 1602-14, без анализатора; б – мелкозернистый кварц-полевошпатовый алевропесчаник, сцементированный смектит-хлоритовой массой, замещенной кальцитом. Кварцевые зерна преимущественно остроугольные, обр. 14-24, без анализатора; в – мелкозернистый кварц-полевошпатовый песчаник, сцементированный агрегатами гидроокислов железа и железистым карбонатом, кварцевые зерна преимущественно округлые и остроугольные со сглаженными краями, корродированные железистым карбонатом, обр. 14-09, с анализатором; г – известняк микритовый с терригенной примесью в количестве 10–15%, наблюдается микрослоистость и следы биотурбаций, обр. 1602-13, без анализатора; д – кварц-полевошпатовый алевропесчаник с базальным кальцитовым и доломитовым цементом, участками корродирующим зерна. Кварцевые зерна округлые, редко угловатые корродированные, редко встречаются зерна кварца с микротрещинами обр. USO-4; д – кварц-полевошпатовый алевропесчаник с остроугольными кварцевыми зернами с микротрещинами, обр. USO-4.
Относимые к триасу мелкозернистые песчаники горы Шамшура кварц-полевошпатового состава (обр. USO-4, SS-63, SS-65, табл. 1), имеют карбонатный базальный цемент, участками кальцитового или доломитового составов. В породообразующих компонентах преобладает кварц (41‒56%), полевой шпат (11‒28%) и обломки пород (31‒45%): кристаллических сланцев, гранитов и эффузивов кислого и основного состава, содержание слюд от 1 до 4%. В обломках основных эффузивов вулканическое стекло хлоритизировано. Среди зерен обломочного кварца встречается от 15 до 31% с микротрещинами, выполненными смесью глинистых минералов, полевые шпаты могут быть замещены каолинитом по периферии и в центральной части зерна [Tuchkova et al., 2020].
Таблица 1. Минеральный состав песчаников поднятия Альфа-Менделеева
Породообразующие компоненты | Номера образцов | ||||
USO-4 | SS-65 | 1602-14 | 1601-10 | 14-09 | |
Кварц | 56 (55.8%) | 52 (41.3%) | 148 (53.6%) | 186 (79.8%) | 92 (39.5%) |
Полевые шпаты | 14 (10.9%) | 35 (27.8%) | 68 (24.6%) | 22 (9.44%) | 11 (4.7%) |
Сланцы слюдистые и хлоритовые | 20 | 6 | 2 | – | 21 |
Обломки с хлоритом в массе | – | – | – | – | 0 |
Эффузивы кислые | 11 | 2 | 5 | 10 | |
Эффузивы основные | 8 | 29 | 2 | 58 | |
Гранитоиды | 11 | 20 | 15 | 1 | 24 |
Кремни | 3 | – | 2 | – | 3 |
Слюда | 5 (3.9%) | 1 (0.8%) | 7 (2.5%) | 5 (2.14%) | 12 (5%) |
Акцессорные минералы | 3 | – | 4 | – | – |
Фрагменты алевро-аргиллита синседиментационные | – | 10 | – | 17 | 2 |
Всего обломков пород | 58 (45.3%) | 39 (30.9%) | 60 (21.7%) | 25 (10.7%) | 130 (55.8%) |
Сумма подсчитанных зерен | 131 | 126 | 280 | 233 | 233 |
Меловые песчаники характеризуются кварцевым или кварц-полевошпатовым составом (см. табл. 1), среди них выделены: известковистые песчаники (обр. 14-24, 1602-13, 1602-14); глинистые песчаники (1601-1 и 1601-10); и промежуточный тип известково-глинистые песчаники (обр. 14-09) [Сколотнев и др., 2022]. В шлифах отмечен базальный карбонатный цемент, количество которого в обр. 14-24 и 1602-14, составляет 20–40% от площади шлифа. В образцах 1601-10 и 14-09 количество цемента существенно меньше и не превышает 15–20% от площади шлифа. В обр. 1602-13 в отдельных участках шлифа количество карбоната доминирует и может составлять около 90%, хотя в целом в образце соотношение терригенной и карбонатной составляющей примерно одинаково [Сколотнев и др., 2022]. В шлифах наблюдается микрослоистость, иногда градационная (обр. 1601-10), с линзами и слойками алевритовых глин. Фрагменты алевритовых глин представлены неправильной формы агрегатами смектит-хлоритового состава, которые как бы “затекают” в промежутки между зернами, создавая эффект цемента. В этих фрагментах также содержится некоторое количество обломочных зерен, размер которых не превышает 0.05 мм.
В составе песчаников доминирует кварц, часто остроугольный (см. рис. 2а, 2б), с размером зерен 0.05–0.15 мм, редко встречаются более крупные (0.2–0.22 мм) полуокатанные зерна, с реликтами регенерационной каймы. Кварцевые зерна с микротрещинами, характерные для песчаников горы Шамшура (USO-4 и SS-65), в образцах мелового возраста практически не встречаются, хотя несколько подобных зерен отмечены в обр. 1601-10. Помимо кварца, в песчаниках отмечаются плагиоклазы среднего состава, микроклин и сростки микроклин-плагиоклаз. Также установлены дегидратированный биотит (обр. 1601-10, 1602-14), или биотит и мусковит (обр. 14-24), редко встречаются зерна пироксена (обр. 1601-10), сростки полевой шпат–пироксен, обломки вулканического стекла, замещенного хлоритом, и обломки с микролитовой структурой (обр. 1602-14). В обр. 14- 09 отмечено высокое содержание обломков пород, основная масса которых замещена хлоритом, что затрудняет их диагностику. Однако реликты первичной структуры позволяет отнести их к разряду вулканитов (см. табл. 1), хотя определить их типовую принадлежность затруднительно из-за небольшого размера обломков. В шлифах отмечено высокое содержание минералов тяжелой фракции и изотропных агрегатов гидроокислов железа разнообразной формы, вероятно, замещающих слабо литифицированные фрагменты глин (размером около 0.1 мм), образовавшихся вместе с осадком, о чем свидетельствует их структурное положение в породе. Также наблюдаются достаточно крупные агрегаты (размером 0.3–1 мм) органического вещества округлой или неправильной формы, хаотично распределенные в породе.
Образец 1602-13 (полигон 2) представлен известковистым песчаником со следами биотурбации (см. рис. 2г) и терригенной примесью в количестве 10–15%, размер зерен составляет 0.03–0.05 мм. В шлифе наблюдается тонкая микрослоистость, с чередованием более темных и более светлых полос. К светлым полосам приурочены угловатые обломки кварца, таблитчатые плагиоклазы среднего состава, мусковитоподобные слюды и агрегаты гидроокислов железа. Для темных полос характерно повышенное содержание органического вещества разного размера и формы и комковатые мелкие агрегаты карбоната размером 0.01‒0.03 мм.
На классификационной диаграмме состава породообразующих компонентов Ф. Петтиджона [Pettijohn, 1975] (рис. 3а) проанализированные образцы располагаются в полях субаркозовых песчаников (обр. 1601-10), аркозовых (обр. 1602-14) и лититовых аренитов (обр. 14-09, USO-4 и SS-65).
На диаграмме, в вершинах которой обозначены обломки эффузивов, метаморфических пород и гранитоидов, проанализированные образцы формируют разные группы (см. рис. 3б): одна с минимальным содержанием обломков вулканитов, другая характеризуется их высоким содержанием. К первой группе относятся образцы триасовых пород Чукотки и о. Врангеля. К этой же группе относится и образец USO-4, при этом особняком расположен обр. SS-65, который характеризуется высоким содержанием обломков гранитоидов. Образцы второй группы, с высоким содержанием обломков вулканитов, сформировали отдельный кластер песчаников мелового возраста поднятия Альфа-Менделеева.
Рис. 3. Диаграммы состава песчаников.
а – классификационная диаграмма песчаников (Кварц–Полевые шпаты–Обломки пород), поля проведены по классификационной диаграмме [Pettijohn, 1975]; б – соотношение обломков пород в составе песчаников.
1 – поле состава верхнетриасовых песчаников Чукотки (по [Тучкова и др., 2023]); 2 – песчаники нижнего-среднего триаса Чукотки (по [Тучкова и др., 2023]); 3 – поле состава верхнетриасовых песчаников о. Врангеля (по [Тучкова и др., 2023]); 4 – состав условно триасовых песчаников поднятия Альфа-Менделеева (г. Шамшура); 5 – состав меловых песчаников поднятия Альфа-Менделеева.
ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОРОД
Концентрации редкоземельных элементов в составе меловых песчаников определены методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS) с использованием масс спектрометра “Element2” в ГИН РАН. Редкоземельные элементы в песчаниках триаса и острова Врангеля определены тем же методом в Аналитическом сертификационном испытательном центре Института проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов РАН (АСИЦ ИПТМ РАН) в лаборатории ядерно-физических и масс-спектральных методов анализа под руководством В. К. Карандашева.
На диаграмме Th/Sc‒Zr/Sc [McLennan et al., 1993] образцы располагаются в поле, отражающем рециклинг осадочных пород, за исключением образца 14-09, который находится в поле состава источников сноса, что позволяет предполагать в нем более высокое содержание обломков вулканических пород. На основании высокого/низкого соотношения Zr/Sc, высокое значение которого отражает размыв зрелой континентальной коры, в проанализированных образцах выделяется две группы (рис. 4а): группа с более высоким содержанием Zr/Sc, расположенных в поле рециклинга (образцы полигона 3, 1601-1, 1601-10) и группа с вариациями составов, которые очень близки между собой и практически совпадают с полем образцов верхнего триаса Чукотки и о. Врангеля (образцы USO-4, 14-24, 1602-14 и 14-09). При этом необходимо отметить, что в образцах 14-24 и 1602-14 обнаружены популяции цирконов, позволяющие отнести эти образцы к меловому стратиграфическому интервалу.
Рис. 4. Геохимические диаграммы составов проанализированных меловых образцов поднятия Менделеева в сравнении с породами триаса Чукотки и о. Врангеля, построенные по соотношениям разных элементов.
а ‒ диаграмма соотношения Th/Sc–Zr/Sc, иллюстрирующая степень рециклирования обломочного материала (диаграмма из работ [Тейлор, Мак-Леннан, 1988; Taylor, McLennan, 1995]); б ‒ диаграмма Th/U–Th, иллюстрирующая тренд выветривания обломочного материала, горизонтальная линия соотношения Th/U = 3.8 показывает значение среднего соотношения Th/U в составе верхней континентальной коры (UCC); в ‒ диаграмма La/Th–Hf, отражающая разные типы источников сноса, классификационные поля (из работы [Floyd, Leveridge, 1987]); г ‒ диаграмма Co/Th–La/Sc, отражающая влияние различных источников сноса на осадконакопление, римские цифры означают: I – размыв гранодиоритов или пород, близких к среднему составу континентальной коры, II – увеличение роли основных пород, III – увеличение роли кислых пород, классификационные поля (из работы [Gu et al., 2002]); д ‒ диаграмма соотношения TiO2–Zr [Hayashi et al., 1997], содержание TiO2 (из работы [Сколотнев и др., 2022]) (см. табл. 1).
1 – поле составов песчаников верхнего триаса Чукотки; 2 – поле составов верхнего триаса о. Врангеля; 3 ‒ средние составы: верхней континентальной коры (UCC) (из работы [Geochemistry …, 2003]), средний протерозойский гранит и гранодиорит (из работы [Condie, 1993]); 4 – меловые отложения поднятия Менделеева (по данным [Сколотнев и др., 2022]); 5 –условно триасовый образец USO-4 с г. Шамшура.
Влияние континентальной коры на осадконакопление отражает соотношение Th/U [McLennan et al., 1993], а соотношения Th–Th/U на диаграмме (см. рис. 4б) позволяет проследить тренд выветривания в питаюшей провинции. На диаграмме Th‒Th/U в образцах USO-4, 1601-1, 1602-14 и 14-24 отношение Th/U выше 3.8, что характерно для размыва верхней континентальной коры (UCC), и они располагаются в поле верхнетриасовых пород Чукотки и о. Врангеля. Положение образца 1601-1, смещенное в сторону более высокой концентрации Th, указывает на более интенсивное выветривание в питающей провинции или размыв рециклированных пород. Вероятнее предполагать второе, так как на графике Th/Sc–Zr/Sc этот образец занимает положение, соответствующее максимальному уровню переотложения обломочного материала среди проанализированных образцов. Два образца 14-09 и 1601-10 располагаются ниже линии 3.8, что, скорее всего, указывает на размыв преимущественно вулканогенных пород, но с разным уровнем выветривания в питающей провинции (повышенным в обр. 1601-10 и пониженным в обр. 14-09).
Для анализа состава размываемых пород были использованы диаграммы, отражающие тип источников сноса по соотношению различных элементов. На диаграмме La/Th‒Hf (см. рис 4в), проанализированные образцы занимают разные позиции – 4 образца (образцы USO-4, 1602-14, 14-24 и 14-09) расположены в поле источника смешанного основного – кислого состава, 2 образца (образцы 1601-1, 1601-10) относятся к полю влияния источника пассивной континентальной окраины. Образцы USO-4 и 14-09 расположены рядом в поле смешанных пород основного‒кислого состава и почти совпадают с полями верхнетриасовых песчаников Чукотки и о. Врангеля.
На диаграмме Co/Th–La/Sc, отражающей соотношение источников гранодиоритового, основного и кислого состава [Gu et al., 2002], проанализированные образцы нижнего мела поднятия Альфа-Менделеева совпадают с полями триасовых отложений о. Врангеля и Чукотки и располагаются в поле влияния гранодиоритовых пород (см. рис. 4г).
На диаграмме TiO2‒Zr [Hayashi et al., 1997] образцы разделились на две группы, в одной, представленной продуктами размыва пород среднего состава, расположились фигуративные точки образцов триасового возраста Чукотки и о. Врангеля (см. рис. 4д). В другом поле, представленным продуктами размыва пород фельзитового состава – находятся образцы мелового возраста. Данное распределение фигуративных точек меловых пород поднятия Альфа-Менделеева выглядит немного странно, так как в этих образцах присутствуют продукты разрушения вулканитов основного состава [Сколотнев и др., 2022]. По-видимому, данный факт объясняется преимущественно кварц-полевошпатовым составом терригенной составляющей песчаников, сформированных в результате влияния речного стока [Сколотнев и др., 2022]. Отметим, что на этой диаграмме образцы 14–09 и USO-4 оказались рядом и тяготеют к полю триасовых пород.
Распределение редкоземельных элементов (РЗЭ) во всех изученных образцах имеет схожую картину – как на графике, где образцы нормированы на PAAS, так и на графике с нормированием на хондрит (рис. 5а, 5б). Образцы незначительно отличаются по уровню концентраций РЗЭ, при этом кривая спектра образца USO-4 занимает самую нижнюю позицию, отражая наиболее низкие содержания этих элементов в нем; а наиболее высокие концентрации РЗЭ наблюдаются в образцах 1601-1, 1601-10. Заметим, что график образца 14-09 на диаграмме с нормированием на PAAS отличается от других образцов (см. рис. 5а). Линия спектра данного образца постепенно поднимается от тяжелых к средним землям и затем последовательно и быстро снижается в области легких земель, что указывает на мафитовый компонент, представленный высоким содержанием обломков эффузивов в обр. 14-09 (см. табл. 1).
Рис. 5. Распределение редкоземельных элементов в проанализированных образцах, нормированных на постархейский австралийский сланец (PAAS) [Тейлор, Мак-Леннан, 1988] и на хондрит [Sun, McDonough, 1989].
Другой важной характеристикой РЗЭ является европиевая аномалия, которая рассчитывается, как Eu/Eu* = Eun/(Smn*Gdn)1/2 и показывает разницу между фактическим содержанием европия (Eu) и расчетным при распределении РЗЭ. Для верхней континентальной коры распределение Eu/Eu* обычно составляет 0.6–0.7 [Condie, 1993; McLennan et al., 1993, Geochemistry …, 2003]. Во всех проанализированных образцах величина Eu/Eu* меняется незначительно и составляет 0.62–0.68 (табл. 2), при этом минимальное (0.62), установлено в образцах о. Врангеля, а максимальное (0.69) в образцах Чукотки, в обр. USO-4 это соотношение 0.66, а в меловых образцах поднятия Менделеева среднее соотношение Eu/Eu* = 0.68.
Таблица 2. Содержание РЗЭ и элементов-примесей в исследуемых образцах
Шифр пробы | 1601-1 | 1601-10 | 1602-14 | 14-24 | 14-09 | USO-4 |
Sc | 6.8 | 7.9 | 6.9 | 6.1 | 6.3 | 4.6 |
Cr | 32 | 44 | 43 | 35 | 26 | 107.0 |
Co | 7.4 | 14.4 | 7.3 | 24 | 11.0 | 8.6 |
Ni | 17.2 | 75.1 | 17.6 | 25 | 26 | 15.7 |
Sr | 48 | 63 | 528 | 365 | 108 | 116.0 |
Y | 27 | 34 | 17.1 | 17.2 | 31 | 13.1 |
Zr | 496 | 460 | 240 | 251 | 96 | 153.0 |
La | 36 | 36 | 26 | 22 | 13.5 | 17.5 |
Ce | 80 | 73 | 52 | 39 | 33 | 34.9 |
Pr | 9.6 | 8.6 | 5.9 | 5.1 | 4.7 | 3.9 |
Nd | 38 | 32 | 21 | 19.1 | 21 | 15.0 |
Sm | 7.7 | 6.5 | 3.8 | 3.6 | 5.0 | 3.0 |
Eu | 1.31 | 1.23 | 0.90 | 0.82 | 1.28 | 0.6 |
Gd | 6.5 | 62 | 3.2 | 3.1 | 6.1 | 2.6 |
Tb | 0.90 | 1.01 | 0.46 | 0.46 | 0.92 | 0.4 |
Dy | 4.9 | 5.8 | 2.8 | 2.8 | 5.1 | 2.6 |
Ho | 0.96 | 1.18 | 0.59 | 0.59 | 1.01 | 0.5 |
Er | 2.7 | 3.6 | 1.69 | 1.66 | 2.7 | 1.3 |
Tm | 0.39 | 0.56 | 0.25 | 0.25 | 0.36 | 0.2 |
Yb | 2.5 | 3.8 | 1.62 | 1.60 | 2.1 | 1.2 |
Lu | 0.41 | 0.63 | 0.27 | 0.26 | 0.32 | 0.2 |
Hf | 11.6 | 10.8 | 5.5 | 5.8 | 2.4 | 4.1 |
Th | 8.9 | 8.7 | 5.6 | 4.6 | 4.1 | 5.0 |
U | 2.2 | 3.2 | 1.28 | 1.08 | 1.17 | 1.3 |
U–Pb-датирование. В обр. USO-4 наиболее многочисленная популяция обломочных цирконов охватывает интервал 206‒424 млн лет с пиками 206, 234, 253, 301, 404 млн лет. Более древние цирконы представлены единичными зернами в интервале от 548 до 2500 млн лет. Охарактеризованный возрастной спектр очень близок возрастным спектрам из позднетриасовых песчаников Чукотки, о. Врангеля и Западной Аляски [Miller et al., 2010]. В двух других образцах (SS-63 и SS-65) было выделено очень небольшое количество зерен (14 и 20 соответственно), которые объединились в популяции следующих возрастов 244 ± 5, 300‒350, 400, 440‒500, 700, 1804 ± 20 – обр. SS-63 и 220‒240 ± 4, 314 ± 7, 405‒415 ± 8, 550, 1843 ± 19, при этом древний возраст представлен 1–2 зернами.
В меловых песчаниках (образцы 14-24 и 1602- 14) проанализировано не менее 200 зерен циркона в каждом. Возрастные спектры циркона принципиально отличаются от спектров образца USO-4. В образцах 14-24 и 1602-14 в популяции самых молодых зерен встречены раннемеловые цирконы в возрастном интервале 100–126 млн лет, однако количество таких зерен составляет не более 4–6 зерен на образец. Также в единичных количествах встречены зерна широкого возрастного интервала с пиком на 150 млн лет. В более древних популяциях присутствуют: кластер с герцинским пиком 270–300 млн лет, иногда осложненным более слабым пиком 250 млн лет; кластер с раннекаледонским пиком 500 млн лет, кластер с пиком 1900 млн лет и кластер с пиком 2670 млн лет. Отметим, что диаграммы популяций циркона у всех меловых песчаников заметно разнятся ‒ соотношения между популяциями в разных образцах разные: могут доминировать и герцинский, и протерозойский и архейский кластеры. Тем не менее, явное преобладание древних зерен над позднепалеозойско-раннемезозойскими в образцах 14-24 и 1602-14 свидетельствует о принципиально различных структурно-тектонических источниках сноса между этими образцами с одной стороны и образца USO-4, в котором этот возрастной интервал практически отсутствует, с другой стороны, что является веским доводом в пользу утверждения об их различном возрасте.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
На диаграмме состава породообразующих компонентов (см. рис. 3а) меловые песчаники (обр. 1602-14 и 1601-10) занимают пограничные участки поля субаркоз, при этом обр. 1601-10 характеризуется более высоким содержанием кварцевой составляющей. Образец 14-09 из полигона 2, располагается на границе поля триасовых пород Чукотки. Также как и обр. 14-09, песчаники с горы Шамшура (обр. SS-65, USO-4), располагаются на краю выделенного поля триасовых образцов Чукотки – о. Врангеля, но наиболее близки к полю составов триасовых песчаников о. Врангеля. На дочерней диаграмме обломков пород, в вершинах которой находятся содержания вулканических, метаморфических и гранитоидных пород, образцы SS-85 и USO-4, располагаются на границе полей триасовых образцов (см. рис. 3б). Тогда как образцы мелового возраста формируют отдельный кластер, отличный от поля триасовых пород (см. рис. 3б), и характеризуются высоким содержанием обломков вулканитов. Необходимо отметить, что в образцах песчаников мелового возраста зерна кварца с микротрещинами практически не обнаружены, тогда как для песчаников горы Шамшура количество таких зерен значительно и составляет около одной трети от общего количества кварцевых зерен [Tuchkova et al., 2020].
По геохимическим данным образцы мелового возраста, как и образцы горы Шамшура (обр. SS-65, USO-4), различаются несущественно, располагаясь внутри или близко к полям триасовых пород Чукотки и о. Врангеля, что хорошо видно на рис. 4а–4г. При этом образцы полигона 3 (обр. 1601-10 и 1601-1) характеризуются как повышенным содержанием Zr/Sc, так и повышенным содержанием Hf (см. рис. 4в), свидетельствующих о высоком содержании рециклированных пород в питающей провинции для образцов восточного полигона 3. Интенсивность выветривания в области размываемых источников сноса различна, от умеренной до низкой, что указывает на дифференцированные обстановки в области питающих провинций. Для обр. USO-4 в питающей провинции предполагаются породы среднего и кислого состава, аналогичные по составу верхней континентальной коре и низкое содержание пород мафитового ряда. Все образцы мелового возраста характеризуются существенно более высоким содержанием вулканогенного материала, что подтверждается петрографическими данными.
Для меловых образцов поднятия Альфа- Менделеева предполагаются весьма мелководные обстановки осадконакопления [Сколотнев и др., 2022], что подтверждается микротекстурой биотурбации, отмеченной в известняке обр. 1602-13, слоистостью в образцах 14-09, 14-24, наличием брекчиевой текстуры (обр. 1602-14) [Сколотнев и др., 2022]. Обстановки условно триасовых образцов горы Шамшура (образцы USO-4, SS-63, SS-65) также предполагаются мелководные [Tuchkova et al., 2020].
Согласно диаграмме кварц – полевые шпаты –обломки пород (см. рис. 3а) отмечается некоторая близость образцов USO-4 и SS-65 с образцами мелового возраста (образцы 1602-14 и 14- 09), но по содержанию обломков вулканитов (см. рис. 3б) отмечается их существенное различие. Однако отличия в составе породообразующих компонентов не отражаются кардинально в геохимических показателях. Величина Eu/Eu* в меловых и триасовых образцах отличается незначительно. На большинстве геохимических диаграмм обр. USO-4 объединяется в одну группу вместе с меловыми песчаниками 14-24 и 1602-14. Спектры РЗЭ всех проанализированных образцов представляют единую группу за исключением образца 14-09, который отличается от них по типу распределения РЗЭ, отражающим повышенное содержание в нем мафитового компонента. Распределение фигуративных точек песчаников поднятия Альфа-Менделеева мелового возраста на разных геохимических диаграммах совпадают с полями триасовых песчаников о. Врангеля и Чукотки (см. рис. 4а–4г). Исключением является диаграмма соотношений TiO2‒Zr (см. рис. 4д), где они формируют отдельный кластер, отличающийся от полей триасовых пород и обр. USO-4. Все перечисленное может указывать на частичный размыв триасовых пород при осадконакоплении меловых песчаников, однако для подобного утверждения требуются дополнительные исследования.
Веским доводом в пользу утверждения, что образцы USO-4, SS-63 и SS-65 имеют возраст, отличный от возраста меловых песчаников, являются резкие различия в характере возрастных спектров детритовых зерен циркона, выделенных из этих образцов, и свидетельствующих о принципиально разных типах питающих провинций. Близость возрастных спектров цирконов из образцов USO-4, SS-63 и SS-65 таковым из триасовых песчаников Чукотки, о. Врангеля и Западной Аляски позволяет сделать заключение о позднетриасовом возрасте образцов USO-4, SS-63 и SS-65.
Позднетриасовые песчаники найдены на горе Шамшура и не обнаружены на трех других полигонах, опробованных в 2014 и 2016 гг. [Сколотнев и др., 2017, 2022; Skolotnev et al., 2019], при этом в разрезе опробованного склона в юго-западной части поднятия Менделеева меловые песчаники залегают на среднепалеозойских породах, не оставляя места для триасовых отложений. Это может объясняться или тем, что триасовые песчаники имеют локальное распространение только в окрестностях горы Шамшура, или же недостаточным опробованием, при котором породы данного возрастного интервала не были отобраны.
ВЫВОДЫ
Проанализированные песчаные породы поднятия Альфа-Менделеева триасового и мелового возраста достаточно близки между собой по геохимическим характеристикам. Триасовые и меловые песчаники различаются по петрографическим данным, формируя два различных поля на диаграмме состава обломков пород. Еще одним из важных различий является почти полное отсутствие кварцевых зерен с микротрещинами в песчаниках апта, при этом в песчаниках с горы Шамшура количество таких кварцевых зерен может превышать 30%. Также установлено различие в составах питающих провинций по результатам изотопного U– Pb- датирования детритовых цирконов, выделенных из песчаников. Для меловых характерно преобладание древних популяций над позднепалеозойско-раннемезозойскими и наличие популяции в интервале 100‒126 млн лет. Для триасовых песчаников перечисленные популяции отсутствуют.
В связи с перечисленным можно считать доказанным триасовый возраст песчаников горы Шамшура в приполюсной части поднятия Менделеева; отметить существенные различия в литологических характеристиках меловых и триасовых песчаниках поднятия Альфа-Менделеева; и предположить, что триасовые отложения в этой части Арктики не имеют широкого распространения.
БЛАГОДАРНОСТИ
Авторы статьи искренне благодарят сотрудников Всероссийского научно-исследовательского геологического института им А. П. Карпинского (ВСЕГЕИ) за предоставленные материалы. Также авторы чрезвычайно признательны анонимным рецензентам, замечания которых помогли улучшить текст и формулировки статьи.
КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ
Авторы данной работы заявляют, что у них нет конфликта интересов.
ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ
Данное исследование выполнено при финансовой поддержке: отбор образцов осуществлялся при финансовой поддержке ЗАО “Геослужба ГИН РАН” (обр. 14- 09, 1601-10, 12-14 и 2-13) и в рамках экспедиции “Арктика-2012” ВСЕГЕИ (обр. USO-4, SS-63, SS-65), гранта РНФ № 20-17-000197-П.
Supplementary files
