C- and Sr-isotope chemostratigraphy and Pb–Pb age of carbonaceous sediments of the vorogovka group (neoproterozoic), northwestern Yenisei ridge

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Вороговская серия представлена мощной (до 4 км) сероцветной терригенно-карбонатной толщей в северо-западной части Енисейского кряжа (Николаев, 1924). Первоначально эти отложения в ранге свиты были отнесены к нижнему кембрию (Семихатов, 1962). В дальнейшем их возраст был пересмотрен, и вороговскую серию на основании региональных корреляций отнесли к байкальскому горизонту верхней части верхнего рифея (Хоментовский и др., 1972; Решения…, 1983). В таком виде вороговская серия фигурирует на официальных геологических картах (Качевский и др., 1998; Государственная…, 2010), где сопоставляется с чингасанской серией, распространенной восточнее в Тейско-Чапском прогибе.

В отличие от многих позднедокембрийских толщ юго-западной окраины Сибирского кратона, для вороговской серии характерно широкое распространение известняков при почти полном отсутствии доломитов. В то же время в ней отсутствуют красноцветные обломочные породы и эвапориты. В отложениях серии широко развиты оползневые и ритмично-слоистые текстуры, указывающие на склоновые обстановки и высокую скорость осадконакопления. В сочетании с анализом площадного распространения, это позволило реконструировать вороговский осадочный бассейн как авлакоген, развивавшийся на западной (в современных координатах) окраине Сибирского кратона (Советов, Благовидов, 1996).

 

Рис. 1. Фрагмент геологической карты северо-западной части Енисейского кряжа и расположение изученных разрезов в нижнем течении р. Вороговка (Качевский и др., 1998, с дополнениями). 1 – осадочные и интрузивно-метаморфические образования рифея; 2–4 – вороговская серия: 2 – северореченская свита, 3 – мутнинская свита, 4 – сухореченская свита; 5 – отложения верхов венда и кембрия (лебяжинская свита и эвенкийская серия); 6 – мезозойские и кайнозойские отложения; 7 – тектонические нарушения; 8 – положение изученных разрезов: а – приустьевая часть р. Вороговка, б – р. Вороговка выше устья р. Мутнина.

 

Отсутствие достоверных геохронологических и палеонтологических данных о возрасте вороговской серии затрудняло реконструкцию ее положения в ряду позднедокембрийских осадочных бассейнов вдоль юго-западной окраины кратона. Согласно первым Sr-хемостратиграфическим данным, возраст карбонатных пород серии предполагался “не древнее позднего венда”, что допускало отнесение отложений к верхнему венду или даже к низам кембрия (Постников и др., 2008). С другой стороны, грубообломочные породы в основании вороговской серии недавно было предложено рассматривать как тиллиты (Sovetov, Le Heron, 2016), что позволяло относить вороговскую серию к криогению (635–720 млн лет) Международной стратиграфической шкалы (МСШ).

 

Рис. 2. Литологическая колонка и изотопно-геохимические характеристики отложений вороговской серии в нижнем течении р. Вороговка. 1 – известняки; 2 – доломиты; 3 – конглобрекчии; 4 – конгломераты и гравелиты; 5 – песчаники; 6 – алевролиты, 7 – аргиллиты; 8 – оолитовые карбонатные породы; 9 – биоламинитовые карбонатные породы; 10 – отложения кутукасской серии верхнего рифея. mt – мутнинская свита, svr – северореченская свита

 

Целью настоящей работы было комплексное геохимическое, C- и Sr-хемостратиграфическое и Pb–Pb изотопно-геохронологическое изучение осадочных карбонатных пород вороговской серии, что позволило получить первые данные о возрасте отложений серии, расширить представления о вариациях δ¹³С и отношениях ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr в слагающих ее породах и на этой основе уточнить стратиграфическое положение вороговской серии и ее геодинамическую позицию в тектонической структуре Енисейского кряжа.

СТРАТИГРАФИЯ И ОБСТАНОВКИ ОСАДКОНАКОПЛЕНИЯ

Вороговская серия выделяется на северо-западе Енисейского кряжа на правобережье р. Енисей на территории от р. Порожная на севере до р. В. Сурниха на юге (рис. 1). Наиболее представительные и мощные разрезы серии расположены в нижнем течении р. Вороговка и неоднократно описаны ранее (Семихатов, 1962; Хоментовский и др., 1972; Советов, Благовидов, 1996 и др.) (рис. 2). К югу и востоку мощность отложений существенно сокращается (Государственная…, 2010). В составе серии выделяются (снизу вверх) северореченская, мутнинская и сухореченская свиты.

Северореченская свита с размывом и угловым несогласием залегает на метаморфизованных вулканогенно-осадочных образованиях, выделяемых в качестве киселихинской и отравихинской свит кутукасской серии (Качевский и др., 1998; Государственная…, 2010). С этими толщами ассоциируют породы основного и ультраосновного состава с U–Pb возрастом циркона 682 ± 13 млн лет (Кузьмичев и др., 2008). Из линзы миндалекаменных базальтов в поле развития тектонически рассланцованных пород киселихинской толщи получена U–Pbдатировка по цирконам 572 ± 7 млн лет (Лиханов, Ножкин, 2018). Нижняя часть северореченской свиты (рис. 2) сложена гравелитами и конгломератами с грубой косой и мульдовидной слоистостью, которые могли выполнять русла потоков и каналов. По мнению Ю.К. Советова и Д. Ле Херона, эти плохо сортированные грубообломочные породы можно интерпретировать как диамиктиты ледникового происхождения (Sovetov, Le Heron, 2016). Однако этот вывод не подтверждается нашими наблюдениями. Вверх по разрезу грубообломочные осадки быстро сменяются песчаниками и алевролитами, слагающими среднюю часть свиты. Верхняя часть северореченской свиты представлена пачкой серых и черных алевролитов и аргиллитов мощностью 100 м, которые вверх по разрезу сменяются разнообразными известняками (глинистыми, песчанистыми, фитолитовыми и строматолитовыми) мощностью до 250 м. На отдельных уровнях отмечается доломитизация, приуроченная к горизонтам биогенных строматолитовых известняков (рис. 3). Общая мощность северореченской свиты в нижнем течении р. Вороговка по оценкам разных авторов составляет от 800 до 1300 м (Семихатов, 1962; Государственная…, 2010). Такой разброс связан с неполной обнаженностью и общей дислоцированностью разреза.

Переход к вышележащей мутнинской свите постепенный и выражается в увеличении силикокластического обломочного материала в карбонатных породах. Основная по мощности часть мутнинской свиты представлена флишевыми ритмично-слоистыми зеленовато-серыми полимиктовыми песчаниками. В верхней части свиты наблюдается постепенный переход к известнякам сухореченской свиты. Мощность мутнинской свиты в изученном районе составляет около 800–900 м.

Сухореченская свита сложена преимущественно известняками, часто глинистыми и запесоченными, с прослоями и линзами песчаников и внутриформационных конгломератов. Для отложений свиты характерны текстуры деформации осадка, оползания и русла каналов. Линзы и прослои грубообломочных пород в основном встречаются в верхней части свиты. Общая мощность свиты в разрезе приустьевой части р. Вороговка достигает 2200 м. Свита несогласно перекрывается отложениями лебяжинской свиты верхов венда–нижнего кембрия (Семихатов, 1962). Во всех других районах контакт с более молодыми отложениями описывается как тектонический (Государственная…, 2010).

Обстановки осадконакопления вороговской серии детально реконструированы в работах Ю.К. Советова с соавторами (Советов, Благовидов, 1996; Sovetov, Le Heron, 2016). Отложения вороговской серии формировались в грабенообразном прогибе (авлакогене), располагавшемся на краю эпиплатформенного бассейна и открытом в сторону моря на запад в современных координатах. В раннесеверореченское время флювиальные и оползневые образования начальной стадии заложения прогиба быстро сменялись склоновыми и дельтовыми фациями, которые в позднесеверореченское время переходили в обстановки мелководной карбонатной платформы. Мутнинское время отвечает стадии углубления бассейна и переходу к обстановкам основания континентального склона. Сухореченское время соответствует замедлению прогибания, постепенному заполнению бассейна и переходу к мелководному карбонатному шельфу, на который эпизодически продолжал поступать обломочный материал с бортов прогиба.

 

Рис. 3. Соотношения δ¹³С–δ¹⁸O, Mg/Ca–δ¹⁸O, Fe/Sr–⁸⁷Sr/⁸⁶Sr и Mn/Sr–⁸⁷Sr/⁸⁶Sr для карбонатных осадочных пород вороговской серии. 1 – северореченская свита, известняки; 2 – северореченская свита, доломиты; 3 – мутнинская свита; 4 – сухореченская свита.

 

Максимальный возраст вороговской серии определяется ее залеганием с размывом на вулканогенных породах исаковского комплекса с минимальным возрастом около 680 млн лет (Kuzmichev, Sklyarov, 2016). Что касается верхнего возрастного предела, то преобладавшая точка зрения, что сухореченская свита в ряде разрезов перекрыта вендскими отложениями чапской серии, в последнее время вызывает у нас серьезные сомнения. Так, в разрезе по р. Вороговка у устья р. М. Северная на известковистых алевролитах сухореченской свиты с угловым несогласием залегает толща желтовато-серых доломитов, ранее относимая к подъемской свите (Качевский и др., 1998; Государственная…, 2010). Однако в ней нами найдены мелкораковинные остатки Cambrotubulus cf. decurvatus, встречающиеся не ниже самых верхов венда, что указывает на принадлежность этих отложений не к подъемской свите нижнего венда, а к лебяжинской свите, которая относится к самым верхам венда и нижнему кембрию (Кочнев, Карлова, 2010). Таким образом, минимально возможный возраст отложений вороговской свиты – древнее подошвы кембрия Общей стратиграфической шкалы России (ОСШР), датируемой около 535 млн лет (Стратиграфический…, 2006).

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА

Опробование произведено в 2003 г. из стратотипических разрезов вороговской серии в нижнем течении р. Вороговка. Разрез ВК-3, в котором обнажена верхняя часть северореченской свиты и низы мутнинской свиты, расположен по левому берегу р. Вороговка в 0.8–2.3 км выше устья р. Мутнина (рис. 1). Разрез ВН-15 и надстраивающий его разрез ВН-14, в которых обнажаются верхняя часть мутнинской свиты и сухореченская свита, находятся по обоим берегам р. Вороговка от ее устья до впадения р. Сухая. Средний интервал отбора составлял около 8–10 м в разрезе ВК-3 и 40–50 м в разрезах ВН-14 и ВН-15 (рис. 2). После визуальной отбраковки образцов из разрезов ВН-14 и ВН-15 было использовано около половины изначально отобранных проб. В коллекции из разреза ВК-3 измельченный материал был получен высверливанием из наименее измененных участков распиленного образца.

Определение содержания Ca, Mg, Fe, Mn и Sr в образцах карбонатных пород северореченской свиты проведено в Лаборатории изотопно-аналитических методов Института геологии и минералогии СО РАН (ИГМ СО РАН, Новосибирск), а в образцах пород мутнинской и сухореченской свит – в Ресурсном центре методов анализа состава вещества Санкт-Петербургского государственного университета (РЦ МАСВ СПбГУ, Санкт-Петербург). Образцы (100–150 мг) растворялись в 1N растворе HCl при слабом нагревании. Измерение концентраций элементов проведено на масс-спектрометре с индуктивно-связанной плазмой Element II (ИГМ СО РАН) и на атомно-эмиссионном спектрометре ICPE-9000 (РЦ МАСВ СПбГУ). Погрешность определения 5%.

Изучение изотопного состава С и О в карбонатах проведено с использованием комплекса аппаратуры корпорации Thermoelectron, включающего масс-спектрометр Delta V Advantageи установку Gas-Bench-II (Геологический институт РАН, Москва). Пробы и стандарты KH-2, C-O-1 и NBS-19 разложены в H₃PO₄ при 50°С. Точность определения δ¹³С и δ¹⁸O составляет ±0.1‰ и ±0.2‰ соответственно.

Изучение Rb–Sr систематики карбонатных пород проведено с использованием ступенчатого растворения, включавшего предварительную обработку навески образца (около 100 мг) 0.01N раствором HCl при комнатной температуре и последующее растворение в 1N соляной кислоте (Кузнецов и др., 2005, 2008). Содержания Rb и Sr в обогащенной карбонатной фракции определены масс-спектрометрическим методом изотопного разбавления с применением смешанного индикатора ⁸⁷Rb + ⁸⁴Sr. Изотопный состав Sr измерялся на многоколлекторном масс-спектрометре Triton TI. Средние значения ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr в стандартных образцах NIST SRM 987 и EN-1 составляли в период работы соответственно 0.710284 ± 0.000005 (2σ_средн., n = 38) и 0.709210 ± 0.000005 (2σ_средн., n = 16). Поправка на возраст измеренного отношения ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr в большинстве образцов была менее 0.00001, из-за высокой концентрации Sr и очень низкого содержания Rb. Только в восьми образцах северореченской свиты эта поправка составила 0.00001.

При изучении U–Pb систематики известняков проводилась предварительная химическая обработка образцов в 0.03N HCl, что позволило удалить до 1–2% поверхностных загрязнений и вторичных карбонатных генераций. Далее образцы растворялись в 1N HCl при комнатной температуре. Раствор каждой фракции делился на две аликвоты: одна для определения изотопного состава Pb, другая для определения содержания U и Pb с добавлением смешанного индикатора ²³⁵U + ²⁰⁸Pb (Овчинникова и др., 1998, 2012). Изотопный состав Pb и содержания U и Pb измеряли на многоколлекторном масс-спектрометре Triton TI с Re-лентами. Параметры изохрон вычисляли с использованием программы ISOPLOT (Ludwig, 2003). Погрешности, использованные при вычислении возраста, определялись с учетом измерения серии соответствующих образцов и стандарта NIST SRM 981. Средние погрешности измерения отношений ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb и ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb составляли для сухореченской свиты 0.070 и 0.080 соответственно, а для северореченской свиты 0.100 и 0.117 соответственно.

ИЗОТОПНО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КАРБОНАТНЫХ ПОРОД ВОРОГОВСКОЙ СЕРИИ

Северореченская свита. Карбонатные породы северореченской свиты представлены серыми известняками со скрытозернистой, оолитовой, биоламинитовой, реже мелко- и среднекристаллической структурой. Алюмосиликатная примесь (от 1.4 до 15.7%) представлена в основном рассеянными зернами кварца алевритовой, песчаной, иногда до гравийной размерности. Среди 18 изученных образцов (табл. 1, рис. 3б), пятнадцать являются известняками (Mg/Ca < 0.07) и три – известковистыми доломитами (Mg/Ca = 0.37–0.44). Содержание Mn в карбонатной части породы варьирует от 74 до 638 мкг/г, а Fe от 158 до 5577 мкг/г. В известняках отмечаются высокие содержания Sr от 577 до 3450 мкг/г, тогда как в известковистых доломитах количество стронция понижается до 129–197 мкг/г. Отношения Fe/Sr и Mn/Sr в большинстве известняков не превышают соответственно 1 и 0.2 (табл. 1, рис. 3в, 3г). Повышенные значения этих отношений приурочены к горизонтам доломитизации (обр. ВК-3/9, ВК-3/28 и ВК-3/29). Таким образом, основная часть образцов по геохимическим характеристикам пригодны для оценки изотопного состава С и Sr в палеобассейне (Подковыров и др., 1998; Семихатов и др., 2004; Кузнецов и др., 2014).

 

Таблица 1. Химический и С- и Sr-изотопный состав карбонатных пород вороговской серии

Номер образца	Mощность, м	% н.о.	Mg, %	Mn, мкг/г	Fe, мкг/г	Sr, мкг/г	Rb, мкг/г	Mg/Ca	Mn/Sr	Fe /Sr	δ13C, PDB	δ18O, PDB	87Sr/86Sr
Сухореченская свита
ВН-14/1	2291	13.2	0.8	310	3660	1920	0.08	0.023	0.16	1.91	1.9	–5.9	0.70820
ВН-14/3	2193	12.1	0.6	375	4870	2135	0.11	0.015	0.18	2.28	1.9	–5.9	0.70824
ВН-14/5	2139	17.2	0.8	505	4720	1564	0.09	0.022	0.32	3.02	1.7	–7.3	0.70827
ВН-14/7	2085	19.4	0.7	705	4920			0.021			1.6	–7.5
ВН-14/11	1983	20.5	0.3	560	5950	2482	0.16	0.007	0.23	2.40	1.6	–5.3	0.70826
ВН-14/13	1905	6.8	0.1	330	1590	2656	0.07	0.003	0.12	0.60	1.7	–4.8	0.70818
ВН-14/15	1851	6.1	0.1	135	2430	2790	0.06	0.002	0.05	0.87	1.8	–4.9	0.70819
ВН-15/1	1850	13.7	0.4	205	3730			0.010			1.6	–5.4
ВН-15/2	1826	9.5	0.3	175	3360	2745	0.13	0.008	0.06	1.22	1.7	–4.6	0.70822
ВН-15/4	1752	11.4	0.1	290	3890	2798	0.15	0.003	0.10	1.39	1.8	–5.0	0.70822
ВН-15/6	1706	11.0	0.2	190	3540	2717	0.12	0.005	0.07	1.30	1.5	–5.0	0.70821
ВН-15/10	1633	16.1	0.3	185	4970	2480	0.16	0.007	0.07	2.00	1.2	–5.2	0.70828
ВН-15/12	1571	4.7	0.1	78	1250	2390	0.08	0.002	0.03	0.52	1.4	–4.8	0.70821
ВН-15/18	1423	11.1	0.1	355	2880	2079	0.17	0.002	0.17	1.39	1.7	–5.0	0.70824
ВН-15/22	1337	9.0	0.2	215	2370	2421	0.14	0.005	0.09	0.98	1.7	–4.9	0.70821
ВН-15/26	1247	9.8	0.1	130	2850	2476	0.18	0.003	0.05	1.15	1.6	–5.1	0.70824
ВН-15/30	1155	5.2	0.1	105	2100	2650	0.06	0.002	0.04	0.79	2.0	–4.9	0.70820
ВН-15/34	1039	11.0	0.1	175	4060	2859	0.14	0.002	0.06	1.42	1.4	–5.1	0.70824
ВН-15/39	910	12.0	1.1	255	3740	2676	0.18	0.030	0.10	1.40	1.3	–5.3	0.70826
ВН-15/43	800	13.1	0.3	280	5880	2284	0.15	0.010	0.12	2.57	1.1	–5.4	0.70828
ВН-15/46	726	10.1	0.4	345	4000	2603	0.19	0.010	0.13	1.54	1.1	–5.0	0.70826
ВН-15/52	591	13.3	0.4	305	4700	2501	0.12	0.012	0.12	1.88	1.2	–6.2	0.70828
ВН-15/55	491	14.0	0.4	280	5960	2581	0.16	0.011	0.11	2.31	1.4	–5.2	0.70827
ВН-15/58	389	9.5	0.3	150	2370	2380	0.13	0.008	0.06	1.00	1.7	–5.8	0.70824
ВН-15/59	349	14.8	0.3	230	3750	2229	0.19	0.009	0.10	1.68	1.0	–6.2	0.70827
Мутнинская свита
ВН-15/61	297	30.6	0.9	335	5530	1493	0.42	0.030	0.22	3.70	0.8	–7.1	0.70838
ВН-15/64	223	19.1	0.5	353	6710	2060	0.28	0.015	0.17	3.26	0.7	–6.0	0.70826
ВН-15/69	123	21.3	0.5	770	7730	2327	0.22	0.014	0.33	3.32	0.7	–7.3	0.70829
ВН-15/71	58	32.7	0.1	450	9920			0.003			0.9	–7.1
ВН-15/73	1	28.7	0.9	725	6860	1679	0.26	0.029	0.43	4.09	0.3	–8.5	0.70844
Северореченская свита
ВК-3/30	303	5.0	3.1	306	523	362	0.20	0.070	0.85	1.44	–1.1	–10.1	0.70816
ВК-3/29	297	2.8	12.5	612	730	129	0.32	0.441	4.74	5.67	–0.2	–9.4	–
ВК-3/28	291	3.3	11.3	310	1128	197	0.23	0.373	1.57	5.73	–0.2	–9.8	–
ВК-3/26	281		–	–	–	–	–	–	–	–	0.1	–8.1	–
ВК-3/25	276		–	–	–	–	–	–	–	–	–1.4	–5.4	–
ВК-3/24	272	4.2	0.49	210	1093	1382	0.78	0.010	0.15	0.79	–0.6	–4.0	0.70824
ВК-3/23	267		–	–	–	–	–	–	–	–	0.5	–8.9	–
ВК-3/22	260	7.3	0.23	122	1996	3000	0.79	0.005	0.04	0.67	0.3	–5.0	0.70823
ВК-3/20	244		–	–	–	–	–	–	–	–	0.2	–4.9
ВК-3/19	232	12.9	0.36	114	2365	3237	1.66	0.008	0.04	0.73	0.5	–5.7	0.70825
ВК-3/18	224	7.4	0.34	128	1162	1936	0.63	0.007	0.07	0.60	–0.1	–5.4	0.70826
ВК-3/17	215	4.7	0.32	153	728	1880	0.15	0.007	0.08	0.39	–0.2	–4.7	0.70821
ВК-3/16	202	4.7	0.29	242	2435	2870	0.82	0.006	0.08	0.85	0.2	–4.6	0.70824
ВК-3/15	189	3.8	0.26	74	1586	3340	0.51	0.005	0.02	0.47	0.2	–5.9	0.70823
ВК-3/14	176	15.7	0.40	309	5577	3019	1.51	0.008	0.10	1.85	0.0	–5.5	0.70822
ВК-3/13	164	11.8	0.34	202	3860	2760	0.62	0.007	0.07	1.40	0.2	–5.5	0.70823
ВК-3/12	151	10.1	0.48	638	5024	3450	0.45	0.010	0.18	1.46	–0.2	–7.1	0.70818
ВК-3/10	104	1.4	0.53	130	158	743	0.08	0.010	0.18	0.21	–0.4	–8.6	0.70819
ВК-3/9	91	1.7	12.1	463	1024	130	0.22	0.424	3.56	7.88	–0.1	–10.0	–
ВК-3/8	81		–	–	–	–	–	–	–	–	0.1	–4.2	–
ВК-3/7	69	6.3	0.67	228	1733	577	1.83	0.014	0.40	3.00	–0.1	–3.8	–
ВК-3/6	57		–	–	–	–	–	–	–	–	0.0	–5.9	–
ВК-3/5	48	9.2	0.48	429	2589	1387	1.43	0.010	0.31	1.87	–0.3	–4.5	–
ВК-3/4	40		–	–	–	–	–	–	–	–	0.1	–5.2	–
ВК-3/3	31		–	–	–	–	–	–	–	–	0.8	–8.5	–
ВК-3/2	24	4.8	0.20	47	1276	4420	0.59	0.004	0.01	0.29	0.7	–4.6	0.70822
ВК-3/1	0	–	–		–	–	–	–	–	–	0.4	–5.4	–

Примечание. Положение образцов указано от основания разреза ВК-3 для северореченской свиты и от основания разреза ВН-15 для верхней части мутнинской свиты и сухореченской свиты.

 

Изотопный состав Sr изучен в 13 образцах известняков, охватывающих практически весь карбонатный интервал в верхней части северореченской свиты. Отношение ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr в этих образцах лежит в узком интервале 0.70816–0.70826 (рис. 3в, 3г). Значения δ¹³С в карбонатных породах северореченской свиты также варьируют в узком диапазоне от –1.4 до +0.8‰ V-PDB и в целом близки к 0 (рис. 2, 3а). В доломитизированных образцах значения δ¹³С практически не отличаются от таковых в соседних известняках. Значения δ¹⁸O в большинстве образцов лежат в пределах –5…–8‰ V-PDB, при отклонениях до –10.1 и до –3.8‰. Пониженные значения δ¹⁸O отчетливо тяготеют к доломитизированным образцам (рис. 3б).

Сухореченская и мутнинская свиты. Карбонатные породы этого стратиграфического интервала представлены серыми и коричнево-серыми известняками с примесью зерен кварца и обломков пород песчано-алевритовой размерности. Известняки мелкозернистые, слоистые, биоламинитовые, иногда обломочные. Все 30 изученных образцов представлены известняками (Mg/Ca = 0.002–0.03). Содержание нерастворимого остатка высокое и составляет 4.7–20.5% для сухореченской свиты и 19.1–32.7% для мутнинской свиты (табл. 1, рис. 3б). Концентрация Mn в известняках варьирует от 78 до 770 мкг/г. Содержание Fe (1250–9920 мкг/г) в известняках коррелирует с количеством нерастворимого остатка. Это указывает на присутствие железа в оксидно-гидроксидной примеси. Содержания Sr в известняках (1493–2859 мкг/г) являются очень высокими в сравнении с докембрийскими осадочными карбонатными породами (Kuznetsov et al., 2013, 2017). Отношение Mn/Sr в известняках сухореченской свиты лежит в интервале 0.03–0.32, а в известняках мутнинской свиты равно 0.17–0.43 (табл. 1, рис. 3г). Отношение Fe/Sr в известняках сухореченской свиты составляет 0.5–3.0, а в известняках мутнинской свиты 3.3–4.1 (рис. 3в). Среди изученных известняков, двадцать пять образцов в полной мере удовлетворяют критериям сохранности С- и Sr-изотопных систем (Кузнецов и др., 2014).

Отношение ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr в наименее измененных образцах сухореченской свиты варьирует от 0.70818 до 0.70828, а в одном образце из мутнинской свиты это отношение равно 0.70826 (рис. 2, 3в, 3г). Значения δ¹³С в известняках сухореченской свиты лежат в узком интервале между +1.0 и +2.0‰, что на 1–2‰ выше, чем в известняках нижележащей северореченской свиты (рис. 2, 3а). На границе сухореченской и мутнинской свит наблюдается отчетливое понижение δ¹³С до +0.7‰. Значения δ¹⁸O в известняках сухореченской и мутнинской свит лежат в интервале от –8.5 до –4.6‰ V-PDB, составляя в среднем около –6‰.

Таким образом, геохимические и изотопные характеристики карбонатных пород вороговской серии в сочетании с седиментологическими наблюдениями дают основание считать, что эти отложения формировались в обстановках прямой связи с открытым морем при солености, близкой к нормальной. Позднедиагенетическая перекристаллизация пород, за исключением отдельных интервалов доломитизации в нижней части разреза, не привела к изменению первичных С- и Sr-изотопных характеристик осадочных карбонатных пород. Значения δ¹³С в изученной осадочной последовательности лежат в пределах –1.4…+2.0‰ с отчетливым возрастанием вверх по разрезу (рис. 2). Изотопные отношения ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr в трех свитах вороговской серии очень выдержанны и варьируют в достаточно узком диапазоне 0.70816–0.70828.

Pb–Pb ВОЗРАСТ КАРБОНАТНЫХ ПОРОД ВОРОГОВСКОЙ СЕРИИ

Изучение U–Pb систематики известняков проведено в восьми наименее измененных образцах из северореченской свиты и в девяти образцах из сухореченской свиты. Выбранные образцы удовлетворяют строгим геохимическим критериям (Mn/Sr < 0.2, Fe/Sr < 3), указывающим на отсутствие эпигенетической перекристаллизации известняков (Кузнецов и др., 2005, 2008). Концентрации Pb в образцах лежат в интервале 0.17–2.01 мкг/г, а U – 0.15–0.27 мкг/г (табл. 2), что согласуется с содержанием этих элементов в докембрийских осадочных карбонатных породах (Овчинникова и др., 1998, 2012; Семихатов и др., 2003; Kuznetsov et al., 2013). Отношение ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb в известняках северореченской свиты незначительно выше, чем в известняках сухореченской свиты – 21.632–38.283 против 19.807–25.555. В отличие от этого, отношение ²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb в образцах северореченской свиты ниже, чем в образцах сухореченской свиты – 38.015–38.961 против 38.833–40.044. Это отражает небольшое различие в геохимических условиях формирования карбонатных осадков двух свит, что, в свою очередь, подтверждает разное время осадконакопления.

Рассчитанное значение возраста для известняков северореченской свиты равно 580 ± 40 млн лет (СКВО = 1.4), а для известняков сухореченской свиты 565 ± 90 млн лет (СКВО = 1.1). Высокая погрешность, особенно в случае пород сухореченской свиты, вызвана небольшой вариацией отношения ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb в образцах (рис. 4).

 

Таблица 2. U–Pb данные для карбонатных пород вороговской серии

Номер образца	U, мкг/г	Pb, мкг/г	206Pb/ 204Pb	207Pb/ 204Pb	208Pb/ 204Pb
Сухореченская свита
ВН-15/2	–	0.691	23.651	15.899	39.669
ВН-15/6	–	0.759	22.532	15.842	40.044
ВН-15/12	0.270	0.723	21.933	15.800	38.833
ВН-15/18	0.186	1.043	22.220	15.808	38.592
ВН-15/22	0.224	1.338	21.248	15.759	38.861
ВН-15/30	0.196	0.498	25.555	16.022	39.127
ВН-15/34	0.209	1.295	20.767	15.738	39.015
ВН-15/39	0.257	2.010	19.807	15.681	39.079
ВН-15/58	-	0.768	23.113	15.868	39.218
Северореченская свита
ВК-3/2	0.234	0.362	38.283	16.728	38.961
ВК-3/12	0.192	0.466	25.190	15.948	38.015
ВК-3/13	0.148	0.666	24.278	15.883	38.660
ВК-3/14	0.207	1.119	21.632	15.737	38.222
ВК-3/18	–	–	33.233	16.408	38.715
ВК-3/19	0.175	0.642	26.805	16.038	38.661
ВК-3/22	0.234	0.171	38.028	16.709	38.892
ВК-3/24	–	–	28.421	16.155	38.236

Примечание. Средние погрешности измерения отношений ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb и ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb в серии соответствующих образцов и стандарта NIST SRM 981 для сухореченской свиты равны 0.070 и 0.080 соответственно, а для северореченской – 0.100 и 0.117 соответственно.

 

ВОЗРАСТНЫЕ ОГРАНИЧЕНИЯ  ВОРОГОВСКОЙ СЕРИИ

Полученные Pb–Pb возрасты осадочных известняков северореченской и сухореченской свит являются первыми прямыми датировками отложений вороговской серии. Даже с учетом ошибки определений, эти возрасты 580 ± 40 и 565 ± 90 млн лет исключают отнесение вороговской серии к рифею ОСШР (Семихатов и др., 2015) и криогению МСШ, верхняя возрастная граница которого составляет 635 млн лет. Неопределенность геохронологического возраста серии может быть существенно снижена на основании С- и Sr-изотопной хемостратиграфии карбонатных пород и с учетом возраста перекрывающих и подстилающих толщ.

 

Рис. 4. График отношений ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb и ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb для известняков северореченской (а) и сухореченской (б) свит.

 

Вороговская серия в нескольких разрезах с угловым несогласием перекрывается лебяжинской свитой, резко отличающейся своим доломитовым составом. Нами это несогласие наблюдалось в среднем течении р. Вороговка у устья р. Мал. Северная (Кочнев, Карлова, 2010). В приустьевой части р. Вороговка по правобережью р. Енисей угловое несогласие между вороговской серией и лебяжинской свитой описано М.А. Семихатовым (1962). В более южных разрезах, по рекам Исаковка, Столбовая и Нижняя Сурниха доломиты лебяжинской свиты залегают на различных уровнях вороговской серии (сухореченская и мутнинская свиты) без углового несогласия, но с несомненным перерывом (Семихатов, 1962; Сараев, 2015). Возраст основания лебяжинской свиты установлен по находкам в ее базальных слоях мелкораковинных остатков, встречающихся не ниже зоны Purella antiqua самой верхней части венда (Кочнев, Карлова, 2010; Гражданкин и др., 2015). Основание лебяжинской свиты и ее возрастных аналогов хорошо прослеживается вдоль всей южной окраины Сибирского кратона как уровень, с которого карбонатное осадконакопление становится преобладающим (Решения…, 1983; Сараев, 2015). Возраст этой границы близок к подошве томмотского яруса нижнего кембрия ОСШР и, скорее всего, не превышает 530–535 млн лет. Таким образом, отчетливая смена типа осадконакопления, сопровождающаяся несогласием, указывает на крупный перерыв между накоплением вороговской серии и началом формирования базальных отложений нижнего кембрия.

Большинство карбонатных разрезов венда (эдиакария) как Сибирского кратона, так и других регионов мира характеризуются крупными аномалиями изотопного состава углерода в карбонатных осадочных породах (Семихатов и др., 2004; Покровский и др., 2006, 2015; Halverson et al., 2010; Saltzman, Thomas, 2012). В частности, интервал 565–580 млн лет, к которому тяготеют полученные Pb–Pb возрасты вороговской серии, включает крупнейшую глобальную негативную С-изотопную аномалию Шурам-Вонока (Halverson et al., 2010). Околонулевые или слабо положительные значения δ¹³С более характерны для нижнего кембрия (рис. 5). Однако слабо положительные значения δ¹³С, зафиксированные в вороговской серии, наблюдаются и около 600 млн лет назад, а также непосредственно выше и ниже аномалии Шурам-Вонока, соответственно в интервалах 550–560 и 570–580 млн лет. Похожие значения δ¹³С наблюдаются в кембрии, но помещение в этот стратиграфический интервал вороговских карбонатов противоречит данным о достаточно длительном перерыве между лебяжинской свитой нижнего кембрия и верхними свитами вороговской серии.

Отсутствие крупных позитивных и негативных аномалий δ¹³С в разрезе вороговской серии в сочетании со свидетельствами высокой интенсивности осадконакопления приводит к важному выводу о том, что длительность формирования этой осадочной толщи не превышала 10–15 млн лет. В противном случае С-изотопные события венда, зафиксированные в разрезах юго-восточной части Сибирского кратона (Семихатов и др., 2004; Покровский и др., 2006, 2015), также имели бы отражение в отложениях вороговской серии, которая формировалась в обстановках открытого шельфа и в связи с Мировым океаном.

Другой возможный вариант интерпретации С-изотопных данных заключается в том, что нижнюю часть разреза вороговской серии можно принять как лежащую ниже С-изотопной аномалии Шурам-Вонока, а верхнюю часть в объеме сухореченской свиты отнести к уровню, лежащему выше этой аномалии. В этом случае длительность накопления всей серии может достигать 40–50 млн лет. Однако против этого свидетельствуют данные стронциевой изотопной хемостратиграфии. Значения ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr около 0.7081–07083 наблюдаются в эдиакарских (вендских) морских карбонатных осадочных породах моложе 580 млн лет в нескольких возрастных интервалах. В частности, такие значения могут встречаться как в средней части эдиакария (около 580 млн лет), так и в конце эдиакарского периода (560–541 млн лет). Кроме того, близкие к полученным отношения ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr известны в томмотском ярусе ОСШР или в ярусе 2 (Stage 2) МСШ (Семихатов и др., 2003; Покровский и др., 2006; Halverson et al., 2010; Kuznetsov et al., 2013, 2017). В более молодых морских карбонатных осадках отношение ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr возрастает до 0.7083–0.7090 (Кузнецов и др., 2014) и понижается до 0.7081–0.7082 только в позднем ордовике. Ордовикские отложения на западе Сибирской платформы хорошо изучены, отделены от докембрийских отложений мощной (до нескольких километров) осадочной последовательностью кембрия, поэтому корреляцию с ними вороговской серии можно исключить (Государственная…, 2010). Точно так же приходится исключить томмотский возраст вороговской серии, поскольку этот стратиграфический уровень на северо-западе Енисейского кряжа представлен лебяжинской свитой (см. выше). Таким образом, анализ Sr-хемостратиграфических данных показывает, что наиболее вероятный возраст отложений вороговской серии может быть оценен как пограничный между ранним и поздним вендом ОСШР – 580–555 млн лет. Однако с учетом С-изотопных данных оценка может быть сдвинута к верхней части этого интервала – 560–555 млн лет.

Среди других данных о возрасте вороговской серии необходимо упомянуть находки органостенных микрофоссилий в тонкообломочных отложениях средней части северореченской свиты и верхней части мутнинской свиты, а также находки известковых водорослей и возможной скелетной проблематики в верхней части северореченской свиты (разрез ВК-3) (Постников и др., 2008). Большинство из указанных форм микрофоссилий являются проходящими из рифея, однако часть из них появляется в позднем венде, что не противоречит хемостратиграфическим и геохронологическим выводам. То же самое можно сказать о микробиалитах и проблематичных скелетных остатках (Семихатов, 1962;  Постников и др., 2008), поскольку среди них нет таких, которые однозначно ограничивали бы возраст вмещающих отложений немакит-далдынским горизонтом или кембрием ОСШР.

 

Рис. 5. Оценка возраста вороговской серии по изотопно-геохимическим данным. Серое поле – средние значения δ¹³С по (Saltznman, Thomas, 2012). Пунктирная линия – средние значения ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr по (Кузнецов и др., 2014). Стрелками показаны возможные положения вороговской серии на сводных кривых.

 

Полученные нами оценки возраста вороговской серии согласуются с результатами датирования обломочных цирконов. Так, возраст самого молодого кластера из базальных слоев северореченской свиты составляет 584 ± 3 млн лет (Вишневская и др., 2017). Таким образом, по всему комплексу геологических данных возраст вороговской серии может быть ограничен интервалом 580–555 млн лет. Отложения серии формировались в позднем венде после оледенения Гаскье (580 млн лет назад) и после позднеэдиакарского С-изотопного события Шурам-Вонока. Более вероятно, что отложение всей серии происходило между 550 и 560 млн лет назад, а длительность ее формирования не превышала 10–15 млн лет.

РЕГИОНАЛЬНАЯ КОРРЕЛЯЦИЯ И ТЕКТОНИКА

В пределах Сибирской платформы отложения с возрастом около 550–560 млн лет с определенной степенью условности относятся к тирскому региональному горизонту (Стратиграфия…, 2005) либо соответствуют перерыву между тирским и даниловским горизонтами внутренних районов платформы. Карбонатные отложения улунтуйской свиты байкальской серии Прибайкалья, Pb–Pb возраст которых равен 560 ± 30 млн лет (Kuznetsov et al., 2013), не являются стратиграфическими аналогами вороговской серии, поскольку отличаются по составу, мощности и высоким значениям δ¹³С (+5…+7‰; Хабаров, Пономарчук, 2005). Вероятными возрастными аналогами вороговской серии могут являться старореченская свита Прианабарья (около 560 млн лет; Горохов и др., 2010) или усть-юдомская свита Учуро-Майского региона (550 ± 20 млн лет; Семихатов и др., 2003). Однако значения δ¹³С в карбонатных породах названных свит заметно ниже (–4…0‰; Kaufman et al., 1996; Семихатов и др., 2004), чем в вороговской серии. Корреляция старореченской свиты с тирским горизонтом на основе их положения в разрезе и близкого состава практически не вызывает сомнений (Стратиграфия…, 2005; Голубкова и др., 2010). Тирский горизонт на Сибирской платформе отвечает эпохе низкого стояния уровня моря. В это время во внутренних ее частях появились изолированные бассейны с повышенной соленостью и отложением эвапоритов (Мельников, 2018), одновременно в краевых прогибах на юге накапливались мощные терригенные толщи за счет активного сноса кластического материала с внешних орогенов вдоль юго-западной окраины Сибирского кратона (Верниковский и др., 2009). Подобные обстановки осадконакопления отличаются от реконструированных для вороговской серии (Sovetov, LeHeron, 2016), которая отлагалась в условиях нормальной солености и более высоких скоростей седиментации.

 

Рис. 6. Схема корреляции вендских отложений Енисейского кряжа. Сhn – чингасанская серия, Форт. – фортунский ярус, Кембр. – кембрий, Нижн. – нижний, Нем.-далд. – немакит-далдынский ярус, Томм. – томмотский ярус. Названия свит приведены без слова “свита”.

 

Возможная корреляция вороговской серии с другими вендскими осадочными последовательностями краевых прогибов юго-запада Сибирской платформы (рис. 6) показывает, что, несмотря на их соседство в современной тектонической структуре Енисейского кряжа, эти толщи формировались в осадочных бассейнах, слабо или не сообщавшихся между собой на ранних стадиях заполнения. Сопоставление вороговской серии с чингасанской серией Тейско-Чапского прогиба, предлагавшееся ранее (Хоментовский, 2007; Государственная…, 2010), вряд ли может быть приемлемо, так как чингасанская серия по геохронологическим и изотопно-геохимическим данным имеет возраст не моложе 670–750 млн лет (Ножкин и др., 2007; Покровский и др., 2012; Priyatkina et al., 2016). Подъемская свита чапской серии характеризуется умеренно отрицательными значениями δ¹³С и минимальным отношением ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 0.7076, позволяющими относить ее к раннему венду (Покровский и др., 2012), что также древнее вороговской серии. В расположенном южнее Нижнеангарском прогибе на нижнем протерозое–рифее с несогласием залегает тасеевская серия, которая, судя по минимальным возрастам обломочных цирконов, моложе 600 млн лет (Вишневская и др., 2015). В средней части тасеевской серии из прослоев осадочных биоламинитовых доломитов получены значения δ¹³С –8…–12‰, позволяющие сопоставлять этот уровень с жуинской серией Патомского прогиба и с глобальной негативной С-изотопной аномалией Шурам-Вонока (Кочнев и др., 2016). И в Тейско-Чапском, и в Нижнеангарском прогибах осадконакопление, в отличие от Вороговского авлакогена, продолжалось относительно непрерывно вплоть до начала кембрия (островная, иркинеевская, лебяжинская свиты). Таким образом, развитие осадочных систем в краевых прогибах в основном определялось локальной тектонической обстановкой и лишь в периоды высокого стояния уровня моря – влиянием эвстатических колебаний.

В свете полученных свидетельств поздневендского возраста вороговской серии не исключено, что ее возможные стратиграфические и фациальные аналоги вблизи западной окраины Сибирского кратона следует искать на юго-востоке Западно-Сибирской плиты (рис. 6). Например, в Предъенисейском осадочном бассейне описаны мощные, преимущественно карбонатные толщи позднего венда и кембрия (Конторович и др., 2008; Гражданкин и др., 2015). В частности, на западном продолжении Вороговского прогиба в скв. Восток-3 к позднему венду отнесены преимущественно доломитовые пойгинская и котоджинская свиты, содержащие в том числе сходный с вороговской серией комплекс микробиалитов (Гражданкин и др., 2015). С другой стороны, отложения котоджинской и особенно пойгинской свит формировались в обстановках стабильного шельфа и передового склона на удалении от источников силикокластического материала, основным поставщиком которого в это время мог служить Енисейский кряж. Ввиду отсутствия опубликованных данных по изотопным характеристикам вендских карбонатных отложений, вскрытых в скв. Восток-3, более детальная корреляция этих толщ с вороговской серией северо-запада Енисейского кряжа пока не представляется возможной.

ВЫВОДЫ

1. Большинство карбонатных пород северореченской, мутнинской и сухореченской свит представлено известняками, а терригенная примесь состоит из обломков кварца и полевых шпатов. Высокие содержания стронция и низкие отношения Mn/Sr и Fe/Sr, отсутствие корреляции между δ¹³С и δ¹⁸O указывают на то, что карбонаты не имеют значимых эпигенетических изменений и пригодны для оценки первичных изотопных характеристик осадочного бассейна.
2. Значение δ¹³С в известняках верхней части северореченской свиты колеблются между –1‰ и +1‰ V-PDB. В нижней части мутнинской свиты значения δ¹³С составляют +0.3…+1‰, несколько возрастая в сухореченской свите до +1.7…+2‰. Значения δ¹⁸O в известняках вороговской серии изменяются в пределах –10…–3‰ V-PDB, что характерно для слабоизмененных карбонатных осадочных пород позднего докембрия. Отношения ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr в известняках вороговской серии лежат в узких пределах 0.70816–0.70826.
3. Первые прямые Pb–Pb определения возраста известняков вороговской серии показывают, что возраст карбонатных осадков северореченской свиты равен 580 ± 40 млн лет, а сухореченской свиты 565 ± 90 млн лет. Даже с учетом аналитической погрешности вороговская серия относится к венду ОСШР или к эдиакарию МСШ.
4. Полученные геохронологические данные в сочетании с C- и Sr- хемостратиграфическими исследованиями и с анализом геологических данных позволяют сделать вывод о том, что отложения вороговской серии сформировались за относительно короткое время, не превышающее 10–15 млн лет. Наиболее вероятно, что формирование этой осадочной последовательности происходило 555–560 млн лет назад, что отвечает позднему венду ОСШР.
5. Вороговский прогиб формировался как авлакоген, осадочные системы которого имели ряд особенностей: большая мощность, высокие скорости седиментации, преимущественно известняковый состав карбонатных пород и нормальная соленость. Это своеобразие коренным образом отличает Вороговский прогиб от одновозрастных краевых прогибов юго-западной и южной окраины Сибирской платформы и указывает на существенное влияние локальных тектонических условий на строение и состав развитых здесь осадочных последовательностей, по сравнению с эвстатическими колебаниями.

Источники финансирования. Тематика исследований скоординирована с Программой фундаментальных научных исследований РАН № 19 (темы №№ 0153-2018-0009, 0135-2016-0017 и 331-2016-021). Изучение изотопного состава Sr и определение Pb–Pb изохронного возраста карбонатных пород проведено при поддержке гранта РФФИ № 17-05-00418. Изучение изотопного состава С и О осуществлялось в соответствии с планом НИР ГИН РАН и при поддержке гранта РФФИ № 16-05-00487. Геохимическое изучение карбонатных пород проведено при поддержке гранта РНФ № 17-17-01241. Химический анализ карбонатных пород проведен с использованием оборудования РЦ МАСВ Научного парка СПбГУ.

About the authors

B. B. Kochnev

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS; Novosibirsk State University

Author for correspondence.
Email: KochnevBB@ipgg.sbras.ru
Russian Federation, Novosibirsk

A. B. Kuznetsov

Institute of Precambrian Geology and Geochronology RAS

Email: KochnevBB@ipgg.sbras.ru
Russian Federation, Saint-Petersburg

B. G. Pokrovsky

Geological Institute RAS

Email: KochnevBB@ipgg.sbras.ru
Russian Federation, Moscow

D. R. Sitkina

Institute of Precambrian Geology and Geochronology RAS

Email: KochnevBB@ipgg.sbras.ru
Russian Federation, Saint-Petersburg

Z. B. Smirnova

Institute of Precambrian Geology and Geochronology RAS

Email: KochnevBB@ipgg.sbras.ru
Russian Federation, Saint-Petersburg

References

Supplementary files