Mineralogy of Quaternary Sediments from the Valley of Vema Fracture Zone (Central Atlantic)

Texto integral

ВВЕДЕНИЕ

Широко распространено мнение, что терригенная взвесь и твердый сток Амазонки и, в меньшей степени, Ориноко оказывают существенное влияние на состав и скорости накопления глубоководных осадков северной тропической зоны Атлантики, являясь одним из важнейших источников осадочного материала [6, 28, 38]. Это подтверждается результатами многочисленных исследований минерального состава донных осадков, большая часть которых посвящена анализу состава глинистых минералов. Детальное изучение состава глинистых минералов в пределах водосборного бассейна Амазонки показало, что относительное содержание минералов группы смектита увеличивается вниз по течению до 50% [31]. Установлено высокое содержание каолинита в притоках Амазонки, но оно значительно снижается в основном русле [31]. Относительно высокое суммарное содержание иллита и хлорита в основных притоках реки маркирует материал из Анд, откуда поступает около 90% всего взвешенного осадочного вещества Амазонки [21, 22, 28, 30, 37, 46]. Изучение тяжелых минералов в устье Амазонки и на прилегающей части шельфа позволило выделить характерную для данной реки ассоциацию минералов: пироксены (авгит), андалузит, гиперстен, роговую обманку, эпидот, циркон и гранат [10, 47]. Состав глинистых минералов в отложениях конуса выноса Амазонки детально изучен по материалам 16 скважин Проекта глубоководного бурения ODP [14, 24]. Содержание каолинита составляет 14–25%, смектитов — 30–48%, иллита — 19–36%, хлорита — 8–13% [14].

Характерной особенностью осадочного материала из Ориноко является наличие пирофиллита [13, 16]. В остальном минералогия взвеси из Ориноко и Амазонки сходна [16].

Материал из Амазонки распространяется далеко за пределы конуса выноса, в том числе достигает зоны разлома Вима [33] и даже (вместе с осадочным материалом из Ориноко) Карибского бассейна [13]. Предполагается, что долина разлома Вима заполняется быстро накапливающейся толщей преимущественно терригенных отложений — в основном тонкозернистыми выносами Амазонки [48, 51], но прямых минералогических доказательств этого почти нет. Опубликованы только результаты анализа минерального состава для отложений, вскрытых скв. 26 DSDP на глубине более 96 м ниже поверхности дна [9, 43]. Они показывают, что содержание кварца варьирует в пределах 34.9–37.1%, слюды — 34.6–39.4%, плагиоклаза — 4.8–6.3%, каолинита — 9.6–13.3%, хлорита — 5.5–6.4% [43]. Наличие гематитного и розового кварца, берилла и корунда в осадках скв. 26 указывает на Амазонский источник [9].

Механизмы транспортировки взвешенного (преимущественно глинистого) материала от источника на континенте в глубоководные районы Мирового океана описаны в работах [11, 20, 29, 41, 53]. Отдельное внимание в этих статьях уделяется роли придонных течений в переносе взвешенных глинистых частиц.

В данной статье рассматривается проблема поступления взвешенного осадочного материала твердого стока Амазонки в долину трансформного разлома Вима, которая считается главным путем переноса тяжелых холодных Антарктических донных вод (ААДВ) из западной Атлантики в восточную [17, 32, 36, 40] (рис. 1).

 

Рис. 1. (а) Батиметрическая схема района исследования [27] с указанием расположения станций пробоотбора, направлений основных поверхностных течений и течения ААДВ, предполагаемых направлений гравитационных потоков и переноса взвеси из Амазонки поверхностными течениями. СБТ – Северо-Бразильское течение; СЭПТ – Северное экваториальное противотечение; ААДВ – Антарктическая донная вода. (б) Расположение района исследований с указанием положения основных русел рек Амазонка и Ориноко, предполагаемых направлений течения ААДВ, гравитационных потоков и направления переноса взвеси из Амазонки поверхностными течениями. (в) Батиметрическая схема западной части трансформной долины Вима [45] с указанием положения станции отбора донных осадков, предполагаемых направлений потоков ААДВ, направлений гравитационных потоков. 1 – направления поверхностных течений; 2 – направление потока ААДВ; 3 – станция отбора донных осадков; 4 – скважина глубоководного бурения; 5 – направление движения гравитационных потоков осадочного материала; 6 – направление переноса взвеси из Амазонки под действием поверхностных течений

 

Цель данной статьи — на примере минерального состава терригенной составляющей четвертичных осадков, вскрытых двумя колонками (АНС45-48 и АНС45-37) в западной и восточной частях долины разлома Вима соответственно, показать, что верхняя часть ее осадочного заполнения представлена выносами Амазонки, поступающими сюда в результате взаимодействия гравитационных потоков (с континентального склона) и течения ААДВ. Наши данные позволяют проследить, насколько изменяется минеральный состав осадков на пути из западной части долины Вима в восточную в течение последней, скорее всего, позднечетвертичной стадии геологической истории. Попутно изучались найденные в тех же колонках биогенные и аутигенные минералы.

РАЙОН ИССЛЕДОВАНИЯ

Рельеф дна. Долина разлома Вима простирается в субширотном направлении более чем на 500 км (см. рис. 1а). Она имеет хорошо выраженную U-образную форму и ограничена крутыми стенками, падающими под углом 15–30° [32, 48, 50]. Ширина долины варьирует от 10 до 20 км [32], глубина осевой части, выровненной за счет накопления осадков, превышает 5 км [34, 48, 50]. С юга долина ограничивается длинным узким поперечным хребтом (например, [12]), который простирается в субширотном направлении на 320 км и возвышается более чем на 3 км над дном долины, представляя собой поднятый блок океанической коры [12, 42]. Одной из особенностей долины является медианный хребет [35, 50]. В западной части долины (~46° з.д.) находится эрозионный канал (см. рис. 1в), который прослеживается на восток до 45°30′ з.д. Мощность осадков в пределах долины превышает 1.5 км [17, 34].

Океанографическая характеристика. Водная толща в пределах трансформной долины четко стратифицирована. Поверхностные и подповерхностные воды Северо-Бразильского течения и Северного экваториального противотечения, транспортирующие на север (северо-запад) выносимый Амазонкой взвешенный осадочный материал, прослеживаются до глубин 300–400 м (см. рис. 1а). Интервалы глубин от 500 до ~1100 м и 1200–4100 м занимают Антарктическая промежуточная вода (ААПВ) и Северо-Атлантическая глубинная вода (САГВ) соответственно [3, 40]. Антарктическая донная вода (ААДВ) на глубинах более 4100 м отличается минимумом температуры и солености [3, 4, 17]. Большая часть этой воды движется на восток на глубине более 4650 м (ниже седловины в восточной части разлома) (см. рис. 1а). Расход потока ААДВ через разлом оценивается в 0.5–2.1 Св [25, 36, 44, 51]. Измеренные скорости придонных течений в разломе достигают 20–33 см/с [2, 23, 36, 40].

Донные осадки. Район исследования относится к экваториальной гумидной зоне литогенеза, которая характеризуется поступлением в океан больших масс приносимого реками терригенного материала, высокой биопродуктивностью и низкими темпами абразии берегов. Во взвешенном, приносимом из кор выветривания материале преобладает глинистая фракция [6]. Минеральный состав темно-серых силтово-глинистых илов и мелкозернистых песков, залегающих под типичной для Вимы «известковой шапкой» фораминиферово-кокколитовых илов, указывает на континентальный склон Бразилии и Амазонку в качестве источников этих терригенных отложений [50]. Слоистые фораминиферовые и ультрабазитовые пески, изученные Хизеном с соавторами в колонках из восточной части долины, интерпретируются авторами и последующими исследователями как турбидиты, вероятно, из локального источника, т.е. с фланга Срединно-Атлантического хребта (САХ) [32, 49, 50].

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Колонки АНС45-37 и АНС45-48 получены гравитационной трубкой в 45-ом рейсе НИС «Академик Николай Страхов» в восточной (№ 37) и западной (№ 48) частях долины разлома Вима, с глубин более 5 км (табл. 1, [4]). Колонка АНС45-37 отобрана на относительно ровном участке дна, а колонка АНС45-48 – в субширотном эрозионном канале (см. рис. 1). Колонки АИ-4126 и АИ-4127 получены в нижней части конуса Амазонки, а дночерпательная проба АИ-4125 – на абиссальной равнине у подножия конуса, за пределами 200-мильной зоны Бразилии, в 60-ом рейсе НИС «Академик Иоффе» [5]. Для колонок АИ-4126 и АИ-4127 были исследованы четыре пробы из кернорвателя. Характеристика вскрытых колонками донных осадков составлена на основании результатов макроскопического описания на борту судна и последующего изучения осадков в смер-слайдах под поляризационным микроскопом. Для описания гранулометрического состава использована международная гранулометрическая классификация [26], по которой силт (silt) – это размерная фракция частиц 2–63 мкм, а глина (clay) – <2 мкм. Соответственно силтово-глинистый осадок содержит 50–75% глины и 25–50% силта.

 

Таблица 1. Координаты и глубины станций отбора колонок

Номер станции	Широта, ю.ш.	Долгота, з.д.	Глубина, м	Длина, см
АНС45-37 тбд	10°44.8′	41°35.0′	5217	379
АНС45-48 тбд	11°00.5′	45°59.8′	5100	423
АИ-4125 дч	07°04.83′	46°57.25′	4227	10
АИ-4126 тбд	04°35.35′	47°21.368′	2772	СС
АИ-4127 тбд	04°03.682′	47°26.505′	2215	СС

Примечания для всех таблиц: тбд — трубка большого диаметра, дч — дночерпатель, СС — кернорватель трубки.

 

Просмотр и фотодокументация образцов осадков проводились с использованием бинокуляра STEMI 508 Zeiss. Планктонные фораминиферы просмотрены под бинокуляром в песчаной фракции осадка с интервалом 10 см.

Минеральный состав валовых проб, выделенной глинистой фракции и отобранных под бинокуляром отдельных зерен выполнен на рентгеновском дифрактометре D8 ADVANCE (Bruker AXC), Cu-Kα, c Ni 0.02-фильтром, напряжением 40 кВ, током 40 мА, с линейным детектором LYNXEYE. Сканирование проведено в дискретном режиме с шагом 0.02°è, экспозицией 4 секунд/шаг в интервале 2.5–70°2è, с вращением. Для первичной обработки, расчета, расшифровки спектров использована программа diffract.EVA.-V5.0.0.22. Идентификация фаз и полуколичественный анализ проведены с использованием дифрактометрических характеристик минералов из базы данных PDF-2 ICDD (International Centre for Difraction Data). Для диагностики минералов также были использованы стандартные методики, изложенные в специальной литературе [7, 8, 39].

Во избежание потерь минерального вещества при обработке осадков кислотами с последующей многократной промывкой, так же как и при отборе глинистой фракции, нами был выбран следующий подход. На первом этапе методом рентгенографического фазового анализа были изучены разориентированные валовые образцы с целью определения минерального состава и полуколичественного соотношения минералов в пробе. Далее, из просмотренного ранее под бинокуляром валового материала были извлечены и сняты на дифрактометре отдельные зерна, линзы и стяжения для уточнения минерального состава. Диагностика глин выполнялась на разориентированных валовых образцах и ориентированных препаратах глинистой фракции. Полуколичественные данные по валовому составу были пересчитаны на бескальцитовое вещество (с допущением, что известковая составляющая имеет биогенное происхождение), а минералы глин приведены к условным 100%.

Идентификация глинистых минералов проводилась в соответствии с широко распространенными в практике изучения глин методиками [7, 8, 39]. Были приготовлены ориентированные воздушно-сухие препараты из суспензии глинистой фракции, отделенной от образца в дистиллированной воде.

После съемки воздушно-сухих ориентированных препаратов проведены повторные съемки образцов, насыщенных этиленгликолем (для диагностики минералов группы смектита, а также смешанно-слоистых образований с разбухающими слоями). При необходимости образцы были прогреты при 550°С (для диагностики каолинита и хлорита). Анализ глинистых минералов по данной методике выполнен для шести литологически контрастных образцов из долины Вима, а также образцов из конуса Амазонки.

После съемки воздушно-сухих ориентированных препаратов проведены повторные съемки образцов, насыщенных этиленгликолем (для диагностики минералов группы смектита, а также смешанно-слоистых образований с разбухающими слоями). При необходимости образцы были прогреты при 550°С (для диагностики каолинита и хлорита). Анализ глинистых минералов по данной методике выполнен для шести литологически контрастных образцов из долины Вима, а также образцов из конуса Амазонки.

На разрезанных вдоль секциях колонок проводились измерения объемной магнитной восприимчивости — k (меры намагничивания вещества под действием внешнего магнитного поля) с помощью системы Bartington MS3 с поверхностным сканирующим датчиком Bartington MS2E в составе автоматизированной системы комплексного исследования кернов Geotek MSCL-XYZ core workstation. Шаг измерений составил 0.5 см, время единичного измерения — 1 с, фоновое измерение проводилось после каждого измерения образца. Исследование проводилось через пленку Chemplex Prolene 416 толщиной 4 мкм.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Литологическая характеристика. В колонке АНС45-37 выделены три интервала. Верхний слой (0–36 см) представлен окисленным желтовато-коричневым слабоизвестковистым глинисто-тонкосилтовым умеренно биотурбированным илом. Ниже по разрезу (36–45 см) выделяется переходный слой, сложенный темно-желтовато-коричневым плотным глинисто-тонкосилтовым илом с железисто-марганцовистыми корками и прослоями. В интервале 45–379 см колонка вскрыла восстановленный оливково-серый глинисто-тонкосилтовый ил с многочисленными примазками (реже пятнами) гидротроилита. Вниз по разрезу содержание терригенных зерен незначительно увеличивается (слюда, кварц), а содержание остатков кремневых и карбонатных организмов остается примерно на постоянном уровне.

Колонка АНС45-48 представлена в верхней части известковистыми (до известковых) илами и фораминиферовым песком. Три интервала обогащены терригенными зернами песка и силта: 36–48 см, 72–81 см, 338–341 см. Окислительно-восстановительная граница на 94 см очень резкая. Ниже этой границы в восстановленных осадках встречается большое количество наземной органики и выделений гидротроилита. В интервалах 341–354 и 354–361 см выявлено значительное обогащение биогенным карбонатным материалом: в первом интервале — птероподовый ил, во втором — полосчатый фораминиферовый ил (полосы с более крупными и более мелкими раковинами).

Осадки в дночерпательной пробе со станции АИ-4125 представлены практически бескарбонатным глинистым и слабоизвестковистым глинистым илом со следами биотурбации. Изученные осадки из нижних частей колонок АИ-4126 и АИ-4127 представлены темно-зеленовато-серым плотным глинистым илом с большим количеством пятен гидротроилита. В центре пятен плотные темные стяжения миллиметрового и субмиллиметрового размера.

Результаты валового анализа минерального состава донных отложений приведены в табл. 2.

 

Таблица 2. Минеральный состав донных отложений трансформной долины разлома Вима и конуса выноса р. Амазонки в весовых процентах по результатам анализа валовых проб методом рентгеновской дифрактометрии (весовые %)

Колонка	Интервал, см	Кварц	Плагиоклаз	Кпш	Амфибол	Слюда	Смектит	Иллит	Хлорит	Каолинит	Кальцит	Прочее
АНС45-37	0–3	15	4	–	–	–	5	4	5	11	54	2 (гипс)
АНС45-37	3–4	12	4	4	–	–	8	5	6	15	46	–
АНС45-37	30–31	15	3		–	–	8	3	3	7	60	1 (гипс)
АНС45-37	40–41	20	4	7	4	–	11	5	7	15	27	–
АНС45-37	48–49	21	5		2	11	17	3	20	21	–	–
АНС45-37	74–75	22	3	4	–	8	17	3	21	22	–	–
АНС45-37	93–94	20	4	4	–	9	14	4	23	21	–	–
АНС45-37	120–121	21	4	4	–	11	15	5	21	19	–	–
АНС45-37	145–146	24	4	4	–	9	13	5	22	19	–	–
АНС45-37	169–170	25	4	4	–	11	13	4	20	19	–	–
АНС45-37	185–186	25	3	4	–	12	13	4	21	18	–	–
АНС45-37	195–196	20	5	3	1	13	13	3	21	20	–	–
АНС45-37	220–221	22	3	4	Следы	12	15	4	21	19	–	–
АНС45-37	243–244	25	4	6	2	13	10	5	19	16	–	–
АНС45-37	249–250	21	5	5	2	11	15	4	20	17	–	–
АНС45-37	280–281	26	3	3	2	11	16	4	18	17	–	–
АНС45-37	305–306	24	4	3	Следы	8	15	4	22	20	–	–
АНС45-37	329–330	19	4	4	3	11	14	3	23	18	–	1 (пироксен)
АНС45-37	345–346	27	4	4	1	10	15	3	20	16	–	–
АНС45-37	373–374	37	8	6	–	–	8	13	13	12	–	3 (пироксен)
АНС45-48	3–4	14	6	4	–	–	10	4	7	14	40	–
АНС45-48	34–35	25	3	5	–	–	7	8	6	10	36	–
АНС45-48	40–41	57	7	7	1	–	2	3	5	2	16	–
АНС45-48	67–68	16	2	2	–	7	28	3	17	25	–	Следы (тальк)
АНС45-48	90–91	16	4	3	1	9	21	3	19	24	–	–
АНС45-48	112–113	15	3	3	–	9	21	3	23	23	–	–
АНС45-48	144–145	20	3	4	–	13	22	4	26	8	–	–
АНС45-48	177–178	21	2	2	Следы	9	21	2	22	21	–	–
АНС45-48	220–221	22	4	3	–		20	5	20	25	–	–
АНС45-48	253–254	17	3	3	Следы	7	20	3	24	23	–	Следы (тальк)
АНС45-48	264–265	19	3	3	2	8	17	4	22	22	–	–
АНС45-48	296–297	19	4	3	1	10	17	3	22	21	–	–
АНС45-48	310–311	21	4	4	1	6	20	2	22	20	–	–
АНС45-48	339–340	45	16	7	6	10	3	3	7	3	–	–
АНС45-48	350–351	18	3	2	–	–	8	5	6	11	42	5 (сидерит)
АНС45-48	358–359	7	2		–	–	–	3	Следы	2	82	4 (сидерит)
АНС45-48	370–371	21	4	4	–	–	20	8	14	28	–	1 (гипс)
АНС45-48	383–384	53	11	7	Следы	11	3	3	6	6	–	Следы (тальк)
АНС45-48	405–406	25	3	4	–	3	10	5	20	30	–	–
АИ-4125 дч	3–4	16	4	2	–	7	14	3	15	19	20	–
АИ-4126 СС	1–2	35	3	5	3	15	10	5	13	11	–	Сульфиды
АИ-4126 СС*	1–2, охристые зерна	31	11	5	3	10	–	6	14	8	–	12 (сера)
АИ-4126 СС*	1–2, черные стяжения	28	7	7	–	17	–	4	13	9	–	10 (сера), 5 (сульфиды)
АИ-4126 СС*	1–2, фораминиферы	Светлые — кальцит, темные — кальцит с глинами
АИ-4126 СС	9–10	30	13	7	3	15	8	5	10	8	–	сульфиды
АИ-4127 СС	0–1	29	5	5	2	11	11	3	18	16	–	сульфиды
АИ-4127 СС*	0–1, черные стяжения	Сульфиды
АИ-4127 СС	9–10	29	3	3	3	13	11	4	18	16	–	–

Примечание для всех таблиц: * – отобрано под бинокуляром.

 

Терригенные минералы. Данные, полученные в результате пересчета результатов валового анализа на бескальцитовое вещество (табл. 3), показали, что в терригенном материале резко преобладают кварц (в колонке АНС45-37: 19–38%, в среднем 25%, в колонке АНС45-48: 15–68%, в среднем 27%) и сумма четырех глинистых минералов: смектит, иллит, хлорит и каолинит. В сумме они составляют 46–63%, среднее содержание 57% в колонке АНС 45-37, сумма глинистых 14–70%, среднее 53% в колонке АНС 45-48 (табл. 3, рисунки 2–5). Несмотря на существенно более широкий диапазон величин главных компонентов в колонке АНС45-48, их средние значения достаточно близки для признания их в целом однотипными. Постоянно присутствуют в обеих колонках в подчиненном количестве плагиоклазы и калиевые полевые шпаты (КПШ).

 

Таблица 3. Минеральный состав донных отложений трансформной долины разлома Вима и конуса выноса р. Амазонки по результатам анализа валовых проб методом рентгеновской дифрактометрии (пересчет на бескарбонатное вещество, вес. %)

Станция	Интервал, см	Кварц	Плагиоклаз	Кпш	Амфибол	Слюда	Смектит	Иллит	Хлорит	Каолинит	∑глинистых	Прочее
АНС45-37	0–3	33	9	–	–	–	11	9	11	24	54	4 (гипс)
АНС45-37	3–4	22	7	7	–	–	15	9	11	28	63	–
АНС45-37	30–31	38	8	–	–	–	20	8	8	18	53	2 (гипс)
АНС45-37	40–41	27	5	10	5	–	15	7	10	21	52	–
АНС45-37	48–49	21	5		2	11	17	3	20	21	61	–
АНС45-37	74–75	22	3	4	–	8	17	3	21	22	63	–
АНС45-37	93–94	20	4	4	–	9	14	4	23	21	62	–
АНС45-37	120–121	21	4	4	–	11	15	5	21	19	60	–
АНС45-37	145–146	24	4	4	–	9	13	5	22	19	59	–
АНС45-37	169–170	25	4	4	–	11	13	4	20	19	56	–
АНС45-37	185–186	25	3	4	–	12	13	4	21	18	56	–
АНС45-37	195–196	20	5	3	1	13	13	3	21	20	57	–
АНС45-37	220–221	22	3	4	Следы	12	15	4	21	19	59	–
АНС45-37	243–244	25	4	6	2	13	10	5	19	16	50	–
АНС45-37	249–250	21	5	5	2	11	15	4	20	17	56	–
АНС45-37	280–281	26	3	3	2	11	16	4	18	17	55	–
АНС45-37	305–306	24	4	3	Следы	8	15	4	22	20	61	–
АНС45-37	329–330	19	4	4	3	11	14	3	23	18	58	1 (пироксен)
АНС45-37	345–346	27	4	4	1	10	15	3	20	16	54	–
АНС45-37	373–374	37	8	6	–	–	8	13	13	12	46	3 (пироксен)
АНС45-37	среднее	25	5	4	1	8	14	5	18	19	57	–
АНС45-48	3–4	23	10	7	–	–	17	7	12	23	58	–
АНС45-48	34–35	39	5	8	–	–	11	13	9	16	48	–
АНС45-48	40–41	68	8	8	1	–	2	4	6	2	14	–
АНС45-48	67–68	16	2	2	–	7	28	3	17	25	73	Следы (тальк)
АНС45-48	90–91	16	4	3	1	9	21	3	19	24	67	–
АНС45-48	112–113	15	3	3	–	9	21	3	23	23	70	–
АНС45-48	144–145	20	3	4	–	13	22	4	26	8	60	–
АНС45-48	177–178	21	2	2	Следы	9	21	2	22	21	66	–
АНС45-48	220–221	22	4	3	–	–	20	5	20	25	70	–
АНС45-48	253–254	17	3	3	Следы	7	20	3	24	23	70	Следы (тальк)
АНС45-48	264–265	19	3	3	2	8	17	4	22	22	65	–
АНС45-48	296–297	19	4	3	1	10	17	3	22	21	63	–
АНС45-48	310–311	21	4	4	1	6	20	2	22	20	64	–
АНС45-48	339–340	45	16	7	6	10	3	3	7	3	16	–
АНС45-48	350–351	31	5	3	–	–	14	9	10	19	52	9 (сидерит)
АНС45-48	358–359	39	11	–	–	–	–	17	Следы	11	28	22 (сидерит)
АНС45-48	370–371	21	4	4	–	–	20	8	14	28	70	1 (гипс)
АНС45-48	383–384	53	11	7	Следы	11	3	3	6	6	18	Следы (тальк)
АНС45-48	405–406	25	3	4	–	3	10	5	20	30	65	–
АНС45-48	Среднее	28	6	4	1	5	15	5	16	18	55	–
АИ-4125 дч	3–4	20	5	3	0	9	18	4	19	24	64	–
АИ-4126 СС	1–2	35	3	5	3	15	10	5	13	11	39	Сульфиды
АИ-4126 СС*	1–2, охристые зерна	31	11	5	3	10	–	6	14	8	28	12 (сера)
АИ-4126 СС*	1–2, черные стяжения	28	7	7	–	17	–	4	13	9	26	10 (сера), 5 (сульфиды)
АИ-4126 СС*	1–2, фораминиферы	Светлые — кальцит, темные — кальцит с глинами
АИ-4126 СС	9–10	30	13	7	3	15	8	5	10	8	31	Сульфиды
АИ-4127 СС	0–1	29	5	5	2	11	11	3	18	16	48	Сульфиды
АИ-4127 СС*	0–1, черные стяжения	Сульфиды
АИ-4127 СС	9–10	29	3	3	3	13	11	4	18	16	49	–

 

Рис. 2. Содержание всех минералов в колонке АНС45-37, сопоставленное со средним размером зерен и магнитной восприимчивостью

 

Рис. 3. Содержание всех минералов в колонке АНС45-48, сопоставленное со средним размером зерен и магнитной восприимчивостью

 

Рис. 4. Относительное содержание глинистых минералов при допущении их суммы 100% в колонке АНС45-37, сопоставленное со средним размером зерен, магнитной восприимчивостью и содержанием биогенного кальцита

 

Рис. 5. Относительное содержание глинистых минералов при допущении их суммы 100% в колонке АНС45-48, сопоставленное со средним размером зерен, магнитной восприимчивостью и содержанием биогенного кальцита

 

Суммарные данные по диагностированным в осадках слюдам мусковитового и биотит-флогопитового типов близки — 0–13% (среднее 8%) в АНС45-37 и 0–15% (среднее 6%) в АНС45-48. Спорадически в обеих колонках встречен амфибол. В двух пробах колонки АНС45-37 обнаружен пироксен. В колонке АНС45-48 присутствуют сидерит, апатит, сера (S₈) и гипс, а в колонке АНС45-37 – гипс, гетит, лепидокрокит, акагенит. В ряде образцов из колонки АНС45-48 на пороге обнаружения диагностирован тальк. На рис. 6 представлены дифрактограммы образцов донных осадков девяти горизонтов колонки АНС45-48, отражающие изменчивость минерального комплекса изучаемой толщи по глубине залегания.

В изученных 5 образцах осадков района конуса выноса Амазонки встречены те же основные компоненты — кварц и сумма глинистых минералов. Их средние процентные содержания (см. табл. 2) равны 29–33% для кварца и 49–63% для суммы четырех глинистых минералов соответственно.

В обеих колонках и в пробах с трех станций из района конуса выноса Амазонки диагностированы щелочно-щелочноземельный диоктаэдрический смектит (монтмориллонит), магнезиально-железистый хлорит, каолинит и иллит с минимальным количеством разбухающих слоев. В отдельных зернах, представляющих собой агрегаты и сростки (0.15–0.2 мм), из переходного слоя колонки АНС45-37 диагностированы смешанно-слоистое образование иллит-хлорит, а также серпентин с биотитом и хлоритом.

Соотношение четырех главных глинистых минералов, сумма которых принята за 100% (табл. 4), характеризуется преобладанием хлорита и каолинита в примерно равных количествах. На третьем месте смектит, а иллита значительно меньше в большинстве проб. Средние величины близки в обеих колонках и сходны с величинами, определенными в пробах из района конуса Амазонки (см. табл. 4).

 

Рис. 6. Дифрактограммы образцов донных осадков колонок (а) АНС45-37 из восточной и (б) АНС45-48 из западной части долины трансформного разлома Вима, (в) образцов донных осадков из района конуса выноса реки Амазонки

 

Таблица 4. Соотношение глинистых минералов в пересчете на условные 100%

Колонка	Интервал, см	смектит/ ∑глинистых, вес.%	иллит/ ∑глинистых, вес.%	хлорит/ ∑глинистых, вес.%	каолинит/ ∑глинистых, вес.%
АНС45-37	0–3	20	16	20	44
АНС45-37	3–4	24	15	18	44
АНС45-37	30–31	38	14	14	33
АНС45-37	40–41	29	13	18	39
АНС45-37	48–49	28	5	33	34
АНС45-37	74–75	27	5	33	35
АНС45-37	93–94	23	6	37	34
АНС45-37	120–121	25	8	35	32
АНС45-37	145–146	22	8	37	32
АНС45-37	169–170	23	7	36	34
АНС45-37	185–186	23	7	38	32
АНС45-37	195–196	23	5	37	35
АНС45-37	220–221	25	7	36	32
АНС45-37	243–244	20	10	38	32
АНС45-37	249–250	27	7	36	30
АНС45-37	280–281	29	7	33	31
АНС45-37	305–306	25	7	36	33
АНС45-37	329–330	24	5	40	31
АНС45-37	345–346	28	6	37	30
АНС45-37	373–374	17	28	28	26
АНС45-37	Среднее	25	9	32	34
АНС45-48	3–4	29	11	20	40
АНС45-48	34–35	23	26	19	32
АНС45-48	40–41	17	25	42	17
АНС45-48	67–68	38	4	23	34
АНС45-48	90–91	31	4	28	36
АНС45-48	112–113	30	4	33	33
АНС45-48	144–145	37	7	43	13
АНС45-48	177–178	32	3	33	32
АНС45-48	220–221	29	7	29	36
АНС45-48	253–254	29	4	34	33
АНС45-48	264–265	26	6	34	34
АНС45-48	296–297	27	5	35	33
АНС45-48	310–311	31	3	34	31
АНС45-48	339–340	19	19	44	19
АНС45-48	350–351	27	17	20	37
АНС45-48	358–359	–	60	–	40
АНС45-48	370–371	29	11	20	40
АНС45-48	383–384	17	17	33	33
АНС45-48	405–406	15	8	31	46
АНС45-48	Среднее	28	10	29	34
АИ-4125, дч	3–4	27	6	29	37
АИ-4126, СС	1–2	26	13	33	28
АИ-4126, СС	9–10	26	16	32	26
АИ-4127, СС	0–1	23	6	38	33
АИ-4127, СС	9–10	22	8	37	33

 

В обеих колонках из долин разлома Вима средние величины минерального состава и соотношения глинистых минералов нарушаются в «известковых шапках» (в верхних 35 см колонки АНС45-37 и 58 см колонки АНС45-48) (см. рис. 2–5). В колонке АНС45-37 содержание биогенного кальцита максимально (60%) в нижней анализированной пробе «известковой шапки». В пересчитанной на бескальцитовое вещество пробе сумма глинистых минералов показывает небольшой минимум, а кварц — отчетливый максимум, что соответствует более крупнозернистому составу осадка. Кварц, наряду с раковинами фораминифер, образует относительно крупнозернистый базальный слой «известковой шапки». Вместе с кварцем немного выше среднего также содержание плагиоклаза. Обращает на себя внимание максимум амфибола в базальном слое «известковой шапки». Остальная часть колонки минералогически довольно однородная, кроме самого низа. Аналогичные изменения проявлены в «известковой шапке» колонки АНС45-48. Минимум суммы глинистых минералов соответствует резкому максимуму кварца (68%), а вместе с ним плагиоклаза и КПШ. Присутствует амфибол. Все эти экстремумы относятся к базальному слою «известковой шапки».

Соотношения глинистых минералов, рассчитанные в процентах от их суммы (см. рис. 5, табл. 4), показывают аномалии от средних концентраций в верхнем и нижнем интервалах известковых осадков колонки АНС 45-48. На востоке долины Вима (см. рис. 4, табл. 4), судя по колонке АНС45-37, в «известковой шапке» преобладают хлорит и каолинит, как и в средних величинах по длине колонки (32 и 34% соответственно). В колонке АНС45-48 средние содержания хлорита (29%) и каолинита (33%) также выше, чем других глинистых минералов. Среднее содержание смектита в обеих колонках одинаковое (26%) при диапазоне изменчивости 20–38% в колонке АНС45-37 и несколько шире — 15–38% в колонке АНС45-48, если исключить нулевое значение необычной пробы 358–359 см. Наряду с этой пробой высокие содержания в обеих колонках встречаются чаще в известковых интервалах (см. табл. 4). Средние содержания иллита в колонках АНС45-37 и АНС45-48 равны 9 и 13%, а пределы изменчивости составляют 3–16 и 3–60% соответственно. Проба 358–359 см со столь высокой концентрацией иллита, а также значениями смектита и хлорита ниже порога обнаружения, содержит 82% биогенного кальцита и представляет собой горизонт, сформировавшийся в иных локальных условиях осадконакопления.

В пяти пробах конуса выноса Амазонки (АИ-4126, АИ-4127) и примыкающей к нему с севера абиссальной равнины (АИ-4125) преобладают хлорит и каолинит (29–38 и 28–37% соответственно), немного меньше смектита (22–27%) и минимальное содержание иллита (6–16%) (см. табл. 4).

Биогенные минералы. Из осадкообразующих минералов в осадках изученных колонок (как и вообще в большинстве океанских осадков) биогенное происхождение имеют кальцит и опал А (или аморфный кремнезем). Кальцит, конечно, может быть и терригенный, но в наших колонках из открытого океана нахождение терригенного кальцита маловероятно. Опал А практически всегда биогенный.

Содержание биогенного кальцита, представленного в четвертичных отложениях преимущественно раковинами планктонных фораминифер и кокколитами, а также их обломками, по данным рентгено-дифракционного анализа колеблется в пределах 0–60% в колонке АНС45-37 и 0–82% в колонке АНС45-48 (см. табл. 1, рис. 2). Выделяется так называемая «известковая шапка» пелагических осадков, обогащенных биогенным кальцитом, связанная с углублением критической глубины карбонатонакопления (КГК) в тропической Атлантике в голоцене [52]. Соотношение фораминиферового и кокколитового кальцита оценено примерно по данным изучения смер-слайдов (рис. 7, 8). Хотя частота встречаемости обоих компонентов биогенного кальцита определена в условных единицах (у.е.), кокколитовый компонент явно преобладает над фораминиферовым в обеих колонках, что приблизительно соответствует первичному планктоногенному происхождению этих форм биогенного кальцита, не нарушенному механической сортировкой. В терригенных осадках под «известковой шапкой» небольшая примесь биогенного кальцита представлена часто только кокколитами.

 

Рис. 7. Содержание биогенных компонентов в колонке АНС45-37 в условных единицах (у.е.)

 

Рис. 8. Содержание биогенных компонентов в колонке АНС45-48 в условных единицах (у.е.)

 

Опал А слагает минеральные элементы радиолярий, диатомовых и спикулы кремневых губок. Содержание их ничтожно мало и оценено в смер-слайдах только в категориях есть–нет (см. рис. 7, 8). В ряде смер-слайдов опаловая микрофауна и микрофлора не найдены. Относительно малая концентрация опала А в близкой к приэкваториальной зоне повышенной биопродуктивности [6] очевидно объясняется сильным разбавлением тонкозернистым терригенным материалом в мощном осадочном теле трансформной долины Вима. Продукция аморфного кремнезема не в состоянии преодолеть быстрое накопление терригенного материала. Любопытна частая встречаемость в смер-слайдах спикул кремневых губок (рис. 9б, в), которые вероятно растут на ограничивающих долину Вима хребтах.

 

Рис. 9. Микрофотографии смер-слайдов с изображением разных биоморфных объектов, состоящих из кальцита (а, г) и опала А (б, в). a — Discoaster broweri, АНС45-37, 20 см; б — спикула, АИ-4126, забой; в — спикула, АНС45-48, 40 см; г — Discoaster pentaradiatus, АНС45-37, 10 см

 

Комплексы планктонных фораминифер (ПФ) представлены ныне живущими тропическими видами и видами широкого распространения. Состав комплексов и присутствие индекс-видов Globigerinoides ruber (pink) и Globorotalia trancatulinoides указывает на четвертичный (скорее всего послеледниковый) возраст. Единично встречаются переотложенные неогеновые виды: Globorotalia exilis, Dentaglobigerina altispira, Neogloboquadrina humerosa и другие. В смер-слайдах наряду с единичными современными кокколитами отмечены редкие дискоастеры: D. broweri и D. pentaradiatus (рис. 9а, г).

Отложения терригенной толщи, начиная с переходного слоя колонки АНС45-37 (ниже 36 см) и под кварцево-слюдистым песком в колонке АНС45-48 (ниже 48 см), практически не содержат раковин ПФ. Единственным исключением (из изученных) является обогащенный кальцитом прослой 357–358 см колонки АНС45-48 с высоким содержанием мелких раковин ПФ, преимущественно ныне живущих. Здесь также встречено небольшая примесь переотложенных неогеновых видов, в том числе Globigerinoides obliquus, Neogloboquadrina humerosa, Neogloboquadrina acostaensis.

Аутигенные минералы. Наряду с терригенным комплексом в составе осадочного материала диагностированы аутигенные минералы (см. табл. 2). Несколько процентов несомненно аутигенного (позднедиагенетического) гипса идентифицировано в «известковой шапке» обеих колонок из трансформной долины Вима. Кроме того, вероятно аутигенное происхождение ряда других минералов, встреченных в нижней части колонки АНС45-48 в интервале 349–384 см: сидерита, хлорапатита, гидроксилапатита, серы S₈. Весьма вероятно, в некоторых горизонтах присутствует тальк, в следовом количестве диагностированный по дифракционному максимуму d = 9.2Å. В верхней части колонки АНС45-37 определены характерные для окислительных условий минералы — гетит, лепидокрокит, акагенит. В изученных осадках конуса выноса Амазонки диагностирован специфический минеральный комплекс, связанный, по-видимому, с восстановительными условиями осадконакопления в осевой зоне конуса. Это сульфидные стяжения, в состав которых входит грейгит Fe₃S₄, сера S₈ и другие сульфиды железа.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Сопоставление результатов рентгеновского фазового анализа минерального состава терригенного компонента двух колонок из восточной (АНС45-37) и западной (АНС45-48) частей трансформной долины Вима показало их близкое сходство между собой, что доказывает единство источника сноса. В то же время полученные для осадков конуса выноса Амазонки средние процентные содержания основных компонентов — кварца (29–33%) и суммы глинистых минералов (49–63%, см. табл. 2) близки средним величинам содержания этих компонентов в колонках осадков долины Вима. Это позволяет считать переотложенные осадки конуса выноса Амазонки главным источником терригенного материала для запада и востока долины разлома Вима. Экстремальные величины обоих главных компонентов, скорее всего, связаны с локальными условиями седиментации.

По терригенному минеральному составу осадки из восточной части трансформной долины (колонка АНС45-37) и западной части (АНС45-48) в целом однотипные и сходны с четырьмя пробами из конуса выноса Амазонки (станции АИ-4126, АИ-4127, см. табл. 3). Следовательно, нет сомнения, что трансформная долина Вима заполняется терригенным материалом из выносов Амазонки. Такое утверждение не опровергается заметными колебаниями как общего минерального состава (см. рис. 2, 3), так и соотношениями глинистых минералов (см. рис. 4, 5) по длине обеих изученных колонок.

Даже при сопоставлении средних содержаний четырех глинистых минералов в восточной (колонка АНС45-37) и западной (колонка АНС45-48) частях долины (см. табл. 4) бросается в глаза соответствие предполагаемого источника — конуса выноса Амазонки и конечного результата — осадочного заполнения долины Вима. В ходе перемыва от устья реки Амазонки до конуса происходило, вероятно, частичное селективное осаждение крупнозернистого материала, и осадки конуса обогатились суммой глинистых минералов, что в ходе дальнейшего переноса в придонных облаках взвеси уже существенно не менялось (см. табл. 3).

Таким образом, соотношение глинистых минералов (см. табл. 4) следует считать наиболее надежным критерием источника терригенного материала не только для данного случая долины разлома Вима. Присутствие небольшого количества пироксенов в нижней части колонки АНС45-37 (см. табл. 3) может быть связано с эрозией вулканических пород, ограничивающих долину хребтов.

Однако прямая связь потока ААДВ в долине Вима с конусом Амазонки и роль этого потока в транспорте терригенной взвеси до сих пор не установлены. Не доказана также прямая связь между каналами системы конуса выноса Амазонки и долиной разлома Вима.

Северо-Бразильское течение способствуют активному вдольсклоновому переносу взвешенного материала из реки Амазонки на северо-запад (см. рис. 1б). Предполагается, что накопление этого материала на континентальном склоне в районе турбидитовой системы Ориноко (на широте, близкой к широте долины разлома Вима) у устья одноименной реки, также как и взвешенного материала последней, провоцирует неустойчивость склона и сход гравитационных потоков [18, 19]. Эти потоки движутся в генеральном направлении с запада на восток через абиссальную равнину Демерара по системе каналов, поставляя материал в западную часть разлома Вима [32, 49]. На 51–53° з.д. связанные с турбидитовой системой Ориноко каналы резко поворачивают на север и пересекают разлом Вима почти перпендикулярно его оси [15, 18, 19]. Здесь материал гравитационных потоков, вероятно, подхватывается течением ААДВ, которое способствует выравниванию минерального состава терригенной толщи в долине и, в частности, в двух изученных колонках (см. рис. 6а, б). Однако главной причиной сходства минерального состава двух колонок является общий источник терригенного материала — выносы рек Амазонки и Ориноко.

Меандрирующий канал, где взята колонка АНС45-48, мог вначале формироваться в результате деятельности турбидных потоков, а после снижения их активности использовался струей придонного течения. При этом сохранилось первичное соотношение глинистых минералов, но формировалась более контрастная, чем в колонке АНС45-37, минералогическая слоистость основных компонентов.

Возможна и более сложная гипотеза. Она предполагает движение придонных облаков взвеси с торможением через ограничивающие долину разлома хребты, где происходит частичное осаждение и смешивание с биогенным кальцитом.

Некоторые авторы считают Анды основным источником терригенного материала выносов Амазонки (например, [21, 22, 28, 30, 37, 47]. Наши данные, особенно по глинистым минералам, позволяют предположить, что не меньшее значение имеет размыв продуктов гумидного тропического выветривания в нижнем течении Амазонки. Прежде всего, обращает на себя внимание очень высокое кварц/ полевошпатовое (особенно кварц/ плагиоклазовое) отношение (см. табл. 3), явно не свойственное осадочным и вулканогенным отложениям молодых складчатых поясов типа Анд. Не зря преобладающие вулканические породы Анд названы андезитами. Обогащение кварцем, наоборот, один из характерных признаков продуктов тропического выветривания и почвообразования, где кварц является наиболее массовым остаточным продуктом [1, 6]. Высокое кварц/плагиоклазовое отношение получено по средним значениям обеих изученных колонок (5.0 и 5.4), а также по анализированным для сравнения пробам конуса Амазонки (4.0–7.2).

Вторым по обилию после кварца терригенным минералом следует считать слюду (без подразделения), содержание которой в большинстве проб обеих колонок колеблется в пределах 8–13% (см. табл. 2, 3). Однако значения ниже порога обнаружения в нескольких образцах из известковых слоев обеих колонок приводят к тому, что средние содержания слюд довольно низкие (5% на западе и 8% на востоке, см. табл. 3). Причину этих низких значений еще придется выяснять, тем более что осадки конуса Амазонки содержат в среднем 11–15% слюды (см. табл. 3).

Помимо биологической продуктивности преимущественно в поверхностных водах, источником биогенных минералов является эрозия осадков, ограничивающих долину хребтов на пути придонных облаков взвеси. Об этом свидетельствует присутствие неоген-раннечетверичных дискоастеров и раковин ПФ в обеих колонках. Скорее всего, они попадают в долину в результате эрозии северного и южного хребтов с последующим смывом известкового биогенного материала турбидными потоками. Косвенно в пользу такого предположения свидетельствует наличие спикул губок, растущих преимущественно на подводных склонах. Кроме того, пироксен, обнаруженный в двух пробах колонки АНС45-37 (см. табл. 2), возможно является продуктом эрозии и гравитационного переноса вулканических пород южного хребта.

В изученных колонках и осадках конуса выноса Амазонки диагностированы аутигенные минералы: гипс, сидерит, хлорапатит, гидроксилапатит, сера S₈, сульфиды, гетит, лепидокрокит и акагенит, скорее всего, диагенетического происхождения. Разбор физико-химических условий их образования не входит в задачи данной статьи. Следует отметить, что обнаруженные минералы и минеральные комплексы указывают на специфические физико-химические условия раннего диагенеза. В ряде проб из западной колонки обнаружен тальк, входящий в группу тальк-пирофилит. Пирофилит ранее был определен в осадках реки Ориноко [13].

Некоторые расхождения с полуколичественными данными, полученными другими исследователями [13, 14, 16], объясняется, по-видимому, выбором методических подходов к изучению вещественного состава.

ВЫВОДЫ

Сопоставление среднего минерального состава осадков (терригенные минералы) в двух колонках из восточной части долины разлома Вима и глубоководного канала в ее западной части показало близкое сходство содержания основных осадкообразующих минералов. Сходно также среднее соотношение четырех глинистых минералов с преобладанием хлорита и каолинита, подчиненным содержанием смектита и подчиненного в количественном отношении иллита. Это свидетельствует о едином источнике терригенного материала. Сравнение с минеральным составом конуса выноса Амазонки однозначно доказывает, что основным источником терригенного материала четвертичных осадков долины трансформного разлома Вима на всем ее протяжении служит твердый сток реки Амазонка и отчасти, предположительно, реки Ориноко.

Терригенный материал поступает в долину Вима из конуса Амазонки, вероятно, в результате совместного действия гравитационных потоков с континентального склона Южной Америки и потока ААДВ, транспортирующего материал в виде придонных облаков взвеси. В ходе транспорта в него попадают биогенные минералы, главным образом кальцит ПФ, за счет вертикального осаждения из водной толщи, а также эрозии (перемыва) известковых осадков на ограничивающих долину Вима хребтах. Об этом свидетельствует небольшая примесь в фауне ПФ неогеновых видов, а также находки вымерших в раннечетвертичное время дискоастеров.

Внутри долины Вима мощные потоки ААДВ переносят осадочный материал с запада на восток, обеспечивая выравнивание среднего минерального состава осадков двух колонок.

Такая система седиментации долины Вима отражает в минеральном составе четвертичных осадков влияние двух главных первичных источников терригенного материала — эрозию Анд и продуктов гумидного тропического выветривания.

В известковых слоях двух колонок впервые обнаружены аутигенные (диагенетические) минералы, в том числе довольно обильный (до 22%) сидерит в колонке АНС45-48. В осадках конуса выноса Амазонки впервые идентифицирован грейгит.

Благодарности. Авторы благодарны сотрудникам Отряда литологии 60-го рейса НИС «Академик Иоффе» за помощь в отборе колонок для данного исследования.

Источники финансирования. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект 22-27-00421).

Sobre autores

I. Murdmaa

Shirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences

Email: e_v_ivanova@ocean.ru
Rússia, Moscow

O. Dara

Shirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences

Email: e_v_ivanova@ocean.ru
Rússia, Moscow

M. Lykova

Shirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences

Email: e_v_ivanova@ocean.ru
Rússia, Moscow

D. Borisov

Shirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences

Email: e_v_ivanova@ocean.ru
Rússia, Moscow

E. Ivanova

Shirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences

Autor responsável pela correspondência
Email: e_v_ivanova@ocean.ru
Rússia, Moscow

Bibliografia

Arquivos suplementares