Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Общая характеристика природной среды Ижорского плато и соседних территорий – стр. 11
Глава 2. Травертины, как природные маркеры разрывных нарушений – стр. 29
Глава 3. Генетические особенности пресноводных карбонатолитов – стр. 74
Глава 4. Пресноводные карбонатолиты Ижорского плато – стр. 108
Глава 5. Палеогеографическая и палеоэкологическая реконструкция условий формирования пресноводных карбонатолитов Ижорского плато – стр. 160
Заключение – стр. 174
Литература – стр. 177
- Общая характеристика природной среды Ижорского плато и соседних территорий
- Травертины, как природные маркеры разрывных нарушений
- Генетические особенности пресноводных карбонатолитов
- Пресноводные карбонатолиты Ижорского плато
Введение к работе
Актуальность работы
В течение ХХ века отечественной и зарубежной наукой были разработаны представления о континентальном карбонатообразовании. Формирование залежей вторичных карбонатных пород, таких как разнообразные пещерные образования, травертины (называемые также известковыми туфами), калькарениты, известковые алевро-пелиты (в отечественной традиции, называемые гажой), каличе, обусловлено распространённостью в местном строении коренных карбонатных пород (известняков, мергелей, доломитов и т. д.). Деятельность подземных вод, переносящих растворённые карбонатные соединения приводит к проявлению карстовых процессов, зависящих от ряда климатических факторов, прежде всего, таких как баланс влажности, количество и периодичность атмосферных осадков и сезонный ход температур. Таким образом, долгое время процесс формирования континентальных карбонатолитов сводился к чисто хемогенным моделям. Если биогенный фактор в морском карбонатонакоплении признавался ведущим, особенно в последние десятилетия, то значение биоты (особенно в отечественной науке) в формировании континентальных карбонатолитов рассматривалось редко.
Современная интеграция естественнонаучных исследований вывела на новый уровень представление о континентальном карбонатогенезе, как многофакторном природном явлении. Произошло это в результате появления новых сведений о природе геодинамических процессов, дегазации и дегидратации недр планеты, роли биоты в разнообразных, подчас экстремальных средах, успехов изотопной диагностики.
Ижорское плато, как и вся Балтийская куэста, представляет собой
уникальный полигон для подобного рода исследований. В течение
четвертичного периода эта территория претерпела структурную перестройку,
началось формирование впадины Балтийского моря, происходили
неоднократные контрастные климатические изменения, сопровождавшиеся
покровными оледенениями. Преобразование ландшафтов шло с высокой
степенью интенсивности. До настоящего времени на Ижорском плато
сохранился специфический рельеф, свидетельствующий о параллельном
действии неотектонического и ледникового факторов. На голоценовом этапе
развития территории происходило масштабное пресноводное
карбонатонакопление, максимум которого отмечается в бореальной стадии с постепенным снижением интенсивности вплоть до настоящего времени. При изучении залежей ранне-среднеголоценовых травертинов и немногочисленных очагов современного травертинообразования Ижорского плато можно получить необходимую информацию об обстоятельствах многих природных процессов в прошлом, отвечая на вопросы: какие из факторов действовали в раннем голоцене и почему не действуют сейчас. Тем самым, при заполнении этого пробела в знаниях, появляется принципиальная возможность установления цикличной природы этих процессов. Что особенно важно в контексте усиления антропогенной нагрузки на территорию.
Представленное исследование направлено на получение информации о
природе и истории ландшафтов Ижорского плато, посредством изучения
генетических особенностей зон генерации травертинов, времени интенсивного
травертиногенеза Ижорского плато ограниченного продолжительностью
функционирования зон – проводников водно-газовых флюидов, содержащих CO2.
Объектом исследования являются зоны генерации пресноводной извести: биохемогенных травертинов, калькаренитов и несвязных алевро-пелитовых карбонатолитов.
Предмет исследования – особенности пресноводного карбонатного литогенеза с участием специфичных фотоавтотрофных сообществ в составе биогеоценозов в условиях Ижорского плато.
Целью настоящей работы является установление геоэкологических
особенностей и хронологии активного пресноводного биогенного
карбонатонакопления в пределах Ижорского плато.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- изучение разновидностей пресноводных карбонатолитов, их структурных и
текстурных особенностей, их географического распространения;
- изучение видового состава биоты, участвующей в осаждении
разнообразных литологических вариантов травертинов;
- поиск и применение эффективных методов датирования пресноводных
карбонатолитов и генетически связанных с ними других образований на
территории Ижорского плато;
- изучение системы дислокаций Ижорского плато.
Положения, выносимые на защиту:
1. Зоны формирования травертинов являются природными маркерами
дизъюнктивных дислокаций – одними из характерных структурных
особенностей Ижорского плато.
2. Травертины Ижорского плато формируются в результате
жизнедеятельности специализированных фотоавтотрофных сообществ.
3. Хронология травертиногенеза Ижорского плато обусловлена степенью
интенсивности флюидно-эманационной разгрузки недр в течение голоцена.
Теоретической и методологической основой диссертации являются труды классиков географии и геологии северо-запада России: С.С. Куторги, Ф.Б. Шмидта, С.Г. Войслава, С.А. Яковлева, М.М. Тетяева, М.Э. Янишевского, И.В. Даниловского, Г.А. Дымского, К.К. Маркова, Р.П. Мянниль, В.В. Алабышева, С.С. Кузнецова, Б.Н. Можаева, Е.Л. Грейсера, Д.Б. Малаховского, Д.Д. Квасова, И.М. Экмана, И.Я. Даниланса, Т.Д. Бартош, Я.Э. Юдовича, а также специалистов по пресноводному карбонатогенезу Западной Европы и США: Аллана Пентекоста (Allan Pentecost), Дитхарда Сандерса (Diethard Sanders), Роберта Фолька (Robert L. Folk) и др.
В основу диссертационного исследования положен принцип системности. Травертиногенез Ижорского плато рассматривается в контексте синхронных ему событий, как регионального, так и глобального масштаба.
Материалы и методы. Фактический материал, положенный в основу диссертации, представляет собой результаты тематических исследований на
территории Ижорского плато. Они включают в себя инструментальные
измерения элементов залегания геологических тел и дизъюнктивов, их
нарушающих (более чем в 200 точках). Описания естественных обнажений и
шурфов, а также кернов из скважин, которыми пройдены ключевые для
исследования участки, изучение залежей пресноводных карбонатолитов в
контексте геологической и геоморфологической обстановки, их 230Th/U –
датирование, 14С – анализ органического материала из толщ, содержащих
карбонатолиты, изучение состава палеонтологических остатков, их
тафономических особенностей и приуроченности к палеоландшафтам.
230Th/U и 14С датировки выполнены в Лаборатории палеогеографии и геохронологии четвертичного периода СПбГУ в следующем составе: Арсланов Х.А. (д.г-м.н., профессор), Кузнецов В.Ю. (д.г-м.н., профессор), Максимов Ф.Е (к.г.н., научный сотрудник), Жеребцов И.Е. (мл. научный сотрудник), Левченко С.Б. (мл. научный сотрудник), Баранова Н.Г. (мл. научный сотрудник).
Лабораторные анализы определения 18O ( V-PDB) и 13C ( V-PDB) в травертинах из разреза «Пудость» проведены на оборудовании Kiel IV automated carbonate device с масс-спектрометром ThermoElectron Delta V Plus в Университете Невады (США) Джонатаном Бейкером (Jonathan L. Baker).
В точках современной и древней генерации травертинов проводился сезонный и суточный полевой мониторинг показателей среды субаквальных экосистем (tC, pH, dGH, dKH) с помощью Eutech Instruments TDS 6+ и Hanna pHep-2.
Исследование образцов проводились методом сканирующей электронной микроскопии для изучения микроструктур современных и древних травертинов. Съемка проводилась на сканирующем электронном микроскопе ABT-55. Минеральный состав образцов определялся методом рентгенофазоваго анализа. Для диагностики фаз использовался программный комплекс PDWIN (НПП «Буревестник») и стандартные дифракционные данные из базы данных Международного Центра дифракционных данных (PDF-2, JCPDS – International Centre of Diffraction Data). Съемку образцов проводили на порошковом рентгеновском дифрактометре Rigaku-MinIFlex.
Ископаемая малакофауна из голоценовых отложений изучалась автором в Зоологическом институте РАН. Видовой состав автотрофной биоты из источников Ижорского плато диагностировался в Ботаническом институте им. В.Л. Комарова РАН. Материалы для аналитических исследований получены непосредственно из зон генерации пресноводных карбонатолитов на территории Ижорского плато.
Научная новизна:
- получены новые данные, устанавливающие генетическую связь зон
генерации травертинов Ижорского плато с его системой дислокаций;
- подтверждён и уточнён биогенный характер травертинов Ижорского плато;
- изучена и определена современная и ископаемая малакофауна,
содержащаяся в зонах генерации травертинов и гажи;
- получены новые данные о хронологии формирования травертинов
Ижорского плато, с применением 230Th/U-метода датирования;
- впервые на материале травертинов Ижорского плато выявлены
закономерности изотопных соотношений: 16О – 18O и 12С – 13C.
Теоретическая значимость диссертационного исследования заключается:
- в доказательстве определяющей роли фотоавтотрофных сообществ в
механизме генерации травертинов;
в новом методологическом подходе к изучению интенсивности и времени функционирования зон разрывных нарушений с помощью датирования синхронных им травертинов;
в выявлении местных палеоклиматических событий в течение голоцена на основании изотопной диагностики по 18O и 13C в контексте других региональных событий.
Практическая значимость работы: Сравнение особенностей ранне-
среднеголоценового и современного травертиногенеза даёт полноценную
информацию для прогностики развития экосистем в условиях повышенной
антропогенной нагрузки. Информация из данной работы может применяться в
геоэкологических исследованиях, а также в частном гидрогеологическом,
геохимическом, геоморфологическом, гидробиологическом изучении
природных объектов, в том числе, в образовательном процессе. Авторская
информация о пресноводных карбонатолитах использована Центром
государственного геологического картографирования ФГУП ВСЕГЕИ для работы по созданию Государственной Геологической Карты четвертичных образований масштаба 1:1000000 (листы О-35 (с клапаном N-35), О-36).
Достоверность исследований определяется:
- всесторонним исследованием территории с применением полевой
информации;
- сбором и обработкой базы данных об исторических и этнографических
сведениях о залежах травертинов и других пресноводных карбонатолитов, а
также способах их использования;
перекрёстными методиками определения изотопного возраста: 230Th/U – по травертинам и 14С – по органическим остаткам;
определением количественной характеристики 18O ( V-PDB) и 13C ( V-PDB) из пресноводных карбонатолитов и органических остатков, содержащихся в них;
- вспомогательными анализами: фациальным, тафономическим.
Апробация работы: Основные положения диссертации изложены в 16
печатных работах, из них – 2 статьи из списка ведущих рецензируемых изданий. Результаты исследования докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на: V и VI созывах международной конференции «Геология в школе и ВУЗе» в Санкт-Петербурге (РГПУ им. А.И. Герцена), в 2007 и 2011 годах; ХХХ пленуме геоморфологической комиссии РАН «Отечественная геоморфология: прошлое, настоящее, будущее» в Санкт-Петербурге, в 2008 году; работе международного семинара «Геология, геоэкология, эволюционная география» в Санкт-Петербурге (РГПУ им. А.И. Герцена) в 2003, 2008 и 2011 годах; в I Международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов, посвященной памяти академика
А. П. Карпинского в 2009 году (Санкт-Петербург, ВСЕГЕИ), в VII Всероссийском совещании по изучению четвертичного периода в г. Апатиты, в 2011 году, в совещании и экскурсиях INQUA Peribaltic Working Group; во Всероссийском литологическом совещании, посвящённого 100–летию со дня рождения Л.Б. Рухина в 2012 году; в VIII Всероссийском совещании по изучению четвертичного периода: «Фундаментальные проблемы квартера, итоги изучения и основные направления дальнейших исследований» (ЮНЦ РАН, г. Ростов-на-Дону, 10-16 июня 2013 года); в конференции Геологического Общества Америки (Geological Society of America) в Денвере (Колорадо, США) 27-30 октября 2013 года; в VII Всероссийском литологическом совещании в Новосибирске 28-31 октября 2013г.
Структура работы:
Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения. Она изложена на 193 страницах машинописного текста, включает 40 рисунков, 2 таблицы и содержит список литературы из 169 наименований.
Общая характеристика природной среды Ижорского плато и соседних территорий
Геолого-геоморфологическая характеристика такого объекта, как Ижорское плато, наиболее полно может быть увязана с продолжением его структур или соседними структурами, пространственно или генетически связанными с его локальными особенностями. Поэтому для полного понимания процессов, способствующих или препятствующих такому явлению, как пресноводный карбонатогенез, а также для обобщения природных событий, рассмотрение объекта исследования требуется в контексте окружающих территорий. Территория, занимаемая Ижорским плато, находится на северо-западе Восточно-Европейской (Русской) платформы и располагается в северной части Балтийской моноклизы, в зоне контакта между основными структурными элементами платформы: Балтийским (Фенноскандинавским) кристаллическим щитом и Русской плитой. В строении рассматриваемой территории традиционно выделяются два структурных этажа: нижний – кристаллический фундамент и верхний – осадочный чехол. Кристаллический фундамент Русской платформы представлен сложно дислоцированными и интенсивно метаморфизованными породами архея – раннего протерозоя, прорванными интрузиями различного состава. Осадочный чехол сложен слабо дислоцированными, субгоризонтально залегающими, преимущественно метаосадочными породами рифея и осадочными породами венд фанерозойского возраста. Строение осадочного чехла на территории, занимаемом Ижорским плато, во многом напоминает соседние приглинтовые области: плато Пандивере и Волховское плато. Региональные различия заключаются в вариативности мощностей и латерального простирания стратиграфических единиц. Геологические тела, формирующие свиты, как правило, не имеют сплошного вдольглинтового простирания. В основании разреза, на эродированной дорифейской поверхности фундамента залегает осадочный комплекс валдайской и балтийской серии венда (до 300 метров по мощности) (Геология СССР, 1971).
Венд согласно перекрыт глинистыми и алевро-песчаными отложениями нижнего кембрия. В кровле нижнекембрийских «синих» глин (ломоносовская и сиверская свиты) выработана эрозионная поверхность, выше которой залегают отложения люкатинской свиты, характеризующиеся переслаиванием глин и мелкозернистых песчаников. Мощность люкатинской свиты на Ижорском плато вариативна и увеличивается в западном направлении, достигая в Эстонии 75 м. Перекрывающая её тискреская свита сложена кварцевыми косослоистыми песчаниками, с тонкими линзами глин в своей нижней части. Мощность тискреской свиты на Ижорском плато достигает 15 м. В естественных обнажениях эти свиты наиболее полно представлены в долинах рек Сума и Ломашка. К востоку от Красного Села, отложения нижнего кембрия перекрыты терригенными образованиями саблинской свиты среднего кембрия (отсутствующей на западе области), представленными, преимущественно, кварцевыми мелко-среднезернистыми песчаниками. С выраженно контрастным несогласием саблинская свита перекрывается отложениями верхнего кембрия, которые на Ижорском плато представлены двумя свитами. На восток – от Дудергофа до устья реки Сясь распространены отложения ладожской свиты, которые преимущественно представлены кварцевыми песчаниками с раковинами беззамковых брахиопод. Ладожская свита с залегает на саблинских песчаниках и расчленяется на нижнюю и верхнюю подсвиты (на Ижорском плато распространена только верхняя). К западу от Дудергофа отложения верхнего кембрия представлены ломашкинской свитой, трансгрессивно залегающей на нижнекембрийских образованиях. Ломашкинская свита сложена кварцевыми песчаниками с битуминозными аргиллитоподобными сланцами, мощностью до двух метров, она установлена только на западном участке Ижорского плато. На эродированной поверхности кембрийской системы с несогласием залегают терригенные образования тосненской свиты нижнего ордовика, с обилием раковин беззамковых брахиопод. В верхах красноцветных песчаников тосненской свиты, согласно в большинстве экспозиций, залегают углеродистые аргиллитоподобные сланцы копорской свиты нижнего ордовика. Их мощность наиболее вариативна, среди других стратиграфических подразделений ордовикской части разреза. В плане, область распространения отложений копорской свиты также необычна. Она представляет собой «восьмёркообразное» в плане, пластовое тело, на западе которого фиксируются максимальные мощности – до 6 метров (в районе стратотипа – села Копорье). На восточном окончании глинта (в районе нижнего течения реки Сяси) мощности копорской свиты не превышают одного метра. В центральной части «восьмёрки» – в районе Мги, свита полностью срезана аренигской трансгрессией. В восточной части Ижорского плато (в районе Павловска или Саблино) мощности этой свиты обычно не превышают 10-25 см (Геология СССР, 1971; Геологическая карта…, 2007; Зубцов, 1995). В кровле копорской свиты фиксируется несогласие, соответствующее новому трансгрессивному этапу. Залегающие выше отложения леэтсеской свиты представляют собой небольшие по мощности (30 – 40 см) глинистые, с обилием зёрен глауконита, с карбонатными стяжениями, кварцевые песчаники. Эти отложения лежат в основании мощной (до 150 м) карбонатной толщи, начинающейся глауконитовыми пакстоунами, вакстоунами и грейнстоунами, со значительной долей терригенной, в том числе глинистой примеси. Нижняя часть названной толщи (до 6 м), именуемая волховской свитой, состоит из множества интервалов, представляющих элементарные прослои, сформированные в условиях приливной и штормовой аккумуляции. Выше волховской свиты залегают известняки обуховской, медниковской, вийвиконнаской, грязновской, шундоровской, хревицкой, елизаветинской, врудской и изварской свит. Количество терригенной составляющей этой карбонатной толщи уменьшается вверх по разрезу, при некотором увеличении доломитизации в этом же направлении (Геология СССР, 1971; Зубцов, 1995; Дронов, 1999).
В приглинтовой полосе Ижорского плато верхи ордовикской карбонатной толщи обычно ограничены обуховской свитой, южнее линии глинта последовательно обнажаются более молодые отложения ордовика. Область распространения пород девонской системы имеет на Ижорском плато весьма изрезанную северную границу. Обычно это объясняется более слабыми механическими свойствами девонских пород, которые в своей нижней части здесь представлены мергелями наровской свиты и перекрывающих её с несогласием песчаниками арукюлаской свиты среднего девона. Наиболее северным участком распространения пород девонской системы на Ижорском плато является участок между Дудергофом и Павловском. В пределах Лужско-Оредежской равнины арукюлаская свита перекрыта мощными терригенными красноцветами оредежской свиты среднего девона. Особый интерес представляет то обстоятельство, что в некоторых экспозициях наблюдается угловое несогласие между кровлей ордовика и подошвой девона (Геология СССР, 1971; Яковлев, 1926; Кузнецов, 1968).
Травертины, как природные маркеры разрывных нарушений
К настоящему времени сформировались два, во многом полярных подхода к интерпретации позднекайнозойской геологической истории Русской платформы. Суть такой поляризации заключается в том, что пока с трудом достигается компромисс между сторонниками и противниками эндогенной составляющей в происхождении ряда структур северо-западной части платформы. В значительной степени это относится к сложному структурному рисунку Ижорского плато – территории, где широко распространены залежи травертинов, главного объекта диссертационного исследования. До сих пор нет однозначного ответа на вопросы: «Каков возраст и происхождение региональных и локальных пликативных и дизъюнктивных структур, сопровождающихся геохимическими аномалиями?» «Достаточно ли для обоснования всех структур, имеющих директивный рисунок, одной только гляциотектоники?». Многие локальные структурные феномены, в особенности расположенные в северо-западной части платформы (вблизи периферии Балтийского щита), например: Котловская, Лопецкая или Турышкинская структуры изучаются достаточно давно, однако их возраст и генезис по-прежнему дискуссионен. Также, достаточно широко обсуждается проблема эндогенной природы похожих геоморфологических объектов, таких как «Красный Маяк» в Лужском районе Ленинградской области, Мишина гора в Псковской области или Андомская гора в Вологодской области (Афанасов, Казак, 2009). В контексте тектонической истории, возраст и генезис системы трещиноватости пород Русской плиты также неоднозначно интерпретируются, особенно в связи проблемой радоноопасности (Мельников и др., 1993). Гидрогеологические исследования (химический состав подземных вод, донных отложений разных гидрологических объектов) также приводят к выводам о существенно различных (литологически и геохимически) коллекторах подземных вод, причём эти различия свидетельствуют не столько об изолированности водоносных горизонтов друг от друга, сколько об их множественности и сложной геометрии.
В строении Балтийской моноклизы известен ряд локальных структур, приуроченных, вероятно, к зонам нарушений кристаллического фундамента. Эти структуры представлены флексурами различной конфигурации и куполовидными складками с амплитудами до 10-20 м и площадью от 10 до 40 км2. В нижней части разреза они обычно более контрастны чем в верхней. Такие структуры описаны в окрестностях Санкт-Петербурга, из которых наиболее значимы Озерецкая, Колпинская и Гатчинско-Павловская. Две первые из названных структур – куполовидные, третья – валообразная, которая изучена достаточно хорошо по материалам из скважин. Она проявляется в неровностях поверхности кристаллического фундамента, а также в аномальном залегании отложений венда и нижнего кембрия. Гатчинско-Павловская структура характеризуется северо-восточным простиранием (50) и асимметричным строением. Вдоль крутого северозападного крыла проходит разрыв северо-восточного простирания с вертикальным смещением в 8-13 м. Выположенный юго-восточный склон этой структуры совпадает с характером регионального погружения пород осадочного комплекса моноклизы, с падением около 4 м/км (Геология СССР, 1971). Морфологически схожие нарушения осадочного чехла встречаются по всему северо-западу Русской платформы: от Эстонии – на западе, до Вологодской области – на востоке и до Тверской области – на юге. Например, некоторые аналогичные дислокации, которые отражаются и в современном рельефе, описаны в районе Порхова, Печор и дер. Лопатово (Геологическая карта…, 1989; Геология СССР, 1971). Трещиноватость характеризует практически весь известный разрез Русской платформы, начиная от кристаллических пород фундамента до четвертичных отложений включительно. Трещины образуют в них правильную, субортогональную сетку, как правило, в пределах группы пластов. В подавляющем большинстве случаев трещины вертикальные. Трещиноватость традиционно разделяется на фоновую и аномальную. Фоновая трещиноватость распространена повсеместно и независимо от возраста пород имеет северо-западное и северо-восточное направление. Аномальная (усложненная) трещиноватость выражается появлением дополнительных трещин с направлениями, близкими к широтному и меридиональному, и наблюдается при нарушении моноклинального залегания слоев (складки, разрывы) также независимо от их возраста. Густота трещин определенного направления зависит от литологических особенностей горных пород (Геология СССР, 1971). В 1965–1966 гг. Е.В. Чаплыгин, А.П. Саломон и Я.А. Головко проводили специальное исследование трещиноватости горных пород на северо-западе России. По результатам их исследования, фоновая трещиноватость оказалась постоянной во всех частях региона. Для нее характерны азимуты СЗ 300 – 330 и СВ 30 – 60. При этом 60% фоновых трещин находится в интервале СЗ 310 – 320 и СВ 40 – 50. Угол между простираниями фоновых трещин близок к 90. Северо-западные трещины четкие, обычно с гладкими стенками, выдержанные по направлению. При хорошей обнаженности пород они прослеживаются на десятки и сотни метров. Трещины северо-восточного направления короче, с неровными стенками, чаще бывают извилисты. По мнению названных исследователей, гладкие стенки характерны для толщ, возникших под влиянием сжатия, а неровные – растяжения. Система дополнительных трещин (обычно, широтных и меридиональных), образующая усложненную трещиноватость, местами отсутствует, иногда трещины в ней наблюдаются единицами или, наоборот, насчитываются во множестве. В отличие от фоновых, дополнительные трещины менее сконцентрированы, иногда могут быть распределены веерообразно. К широтным и меридиональным трещинам неприменимо всякое усреднение их простираний, это может создать ложное представление о повсеместном распространении аномальных трещин и, следовательно, об однообразном характере трещиноватости на больших пространствах исследуемых территорий (Геология СССР, 1971).
Фактов, прямо указывающих на последовательность возникновения трещин (по их заполнению и т.п.), немного и судить об этом можно только по косвенным признакам. Пересечения трещин северо-западного и северовосточного простираний можно наблюдать наиболее часто; при этом они могут немного менять направление и не всегда остаются четко выраженными. Меридиональные и широтные трещины также нередко прерываются трещинами северо-западного направления. И наоборот, можно нередко видеть, как дополнительные трещины прерывают распространение фоновых. Наконец, в ряде пунктов трещины всех четырех систем взаимно пересекаются. Теперь общепринято, что простирание трещин не зависит от характера горных пород, а все остальные особенности – частота, характер стенок, ширина, форма – в большей или меньшей степени связаны с механическими свойствами пород. При этом наиболее достоверные результаты по выявлению тектонически осложненных участков получаются при замерах трещин в литифицированных породах (Геология СССР, 1971). Собранный разными исследователями, в течение долгого времени, богатый фактический материал по трещиноватости горных пород рассматриваемой территории и всего северо-запада Русской плиты позволяет предположить, что фоновые трещины действительно образовались под воздействием причин планетарного характера. Дополнительные широтные и меридиональные трещины вероятно возникли одновременно с локальными структурами и разрывами как следствие местных тектонических процессов. Повсеместное распространение и идентичность ориентировки трещин, начиная от архейских пород фундамента до четвертичных образований включительно, позволяют предположить, что образование фоновых трещин – процесс, периодически повторяющийся во времени, например, при тектонических обстановках растяжения (Геология СССР, 1971).
Генетические особенности пресноводных карбонатолитов
При всех известных трудностях точной минералогической, структурной и генетической диагностики карбонатных осадочных образований, следует признать, что континентальные пресноводные карбонатолиты представляют собой довольно узкий спектр таких специфичных, в плане своего генезиса, пород. Классификация карбонатных пород неоднократно подвергалась ревизии и сейчас геологической общественностью наиболее востребованы структурные классификации Р.Л. Фолка (R.L. Folk, 1959) и Р.Ж. Данхэма (R.J. Dunham, 1962). В отечественной литературе наиболее известна систематика глинисто-карбонатных пород С.Г. Вишнякова, а также относительно недавние обзоры В.Г. Фролова, Н.В. Логвиненко, В.Н. Шванова, В.Г. Кузнецова, которые принимают опыт британской седиментологии (Систематика и классификация.., 1998). Карбонатолиты – это осадочные образования, сложенные более чем на 50% карбонатными минералами, образующие по вещественно-структурной классификации В.Н. Шванова особый подкласс горных пород. Наиболее распространенными карбонатолитами являются известняки, с преобладанием кальцита (CaCO3) и доломиты, где доминирует одноимённый минерал (CaMg(CO3)2). Другие минералы имеют в природных карбонатолитах существенно меньшее распространение. Для карбонатных пород характерно исключительно большое разнообразие структурных видов, заключающееся в многообразии седиментологических обстановок. По сравнению с алюмосиликатным составом вещества большинства кластолитов, породообразующие карбонатные минералы характеризуются меньшей устойчивостью при постседиментационных изменениях. Сложный характер пустотного пространства карбонатолитов обусловлен не только их первично седиментационными структурно-текстурными особенностями, но и различными диагенетическими преобразованиями (Систематика..., 1998; Платонов, Тугарова, 2003). Результаты определения минерального состава пресноводных карбонатолитов указывают на два доминирующих минерала: кальцит и арагонит. Первый значительно преобладает в холодноводных источниках, где температуры отчасти соответствуют сезонным ритмам. Второй преобладает в термальных источниках, где температура вод не зависит от сезонности (Sanders, Wertl, Rott, 2010). Фазовая диагностика подавляющего большинства травертиноподобных карбонатолитов, осуществлявшаяся методом рентгеновской дифрактометрии даёт близкие результаты. Почти все получавшиеся рентгенограммы соответствуют слабомагнезиальному кальциту, даже в тех случаях, когда материал отбирался «свежим» из травертинов, формировавшихся в достаточно горячих (до 27С) источниках. Арагонит может доминировать только в молодых складчатых областях, да и то – не во всех. Как правило, только в тех, где температура источников превышает 45. Ряд известных месторождений в Испании, Италии, Греции и Турции характеризуются повышенными отношениями арагонит/кальцит, вероятно объясняющимися присутствием в водах источников, генерирующих травертины, Sr и Ba, а не только высокими температурами. Есть мнение, что в гипергенных условиях арагонит вместо кальцита обычно появляется при повышенном содержании бария, стронция и других элементов, "навязывающих" минералу ромбическую решётку. Витерит (карбонат бария) и стронцианит (карбонат стронция) обладают ромбической сингонией. Соответственно, микрочастицы витерита или стронцианита формируют вокруг себя карбонат кальция также ромбической сингонии. Некоторая (незначительная) доля арагонита в травертинах обнаруживается и во внеальпийских областях. Обычно это объясняется наличием в их составе раковин моллюсков (Карбонаты: Минералогия и химия, 1987). «Холодноводные» (метеогенные – в западноевропейской традиции) травертины в настоящее время изучены в меньшей степени, чем их «тепловодные» (термогенные) аналоги. Причины этого, вероятно, связаны с тем, что большинство разбатывавшихся залежей исторически находились в странах Средиземноморья, где распространены, преимущественно, отложения термальных источников. При разработке залежей травертинов римлянами в тогдашних Галлии и Германии, методы добычи и использования этих материалов существенно не изменились. Поэтому и терминология была механически перенесена на новые, внешне похожие объекты. Большая часть травертинов из внеальпийской зоны Европы является «холодноводными», что, обычно, диагностируется их изотопным составом. В областях их генерации, вероятно, не происходили выраженные термальные явления. Также как и в случае с «тепловодными» травертинами, их генерация в настоящее время наблюдается преимущественно в областях распространения коренных карбонатных пород, подверженных той или иной степени механической и химической дезинтеграции. Даже в том случае, когда коренные карбонатные породы перекрыты терригенными толщами, мощностью в десятки метров, транспорт кальция осуществляется по системам дизъюнктивов. В последнее время внимание исследователей привлекает механизм образования таких травертинов, связанный с непосредственным участием в их осаждении колоний прокариот (прежде всего, цианобионтов, в составе цианобактериальных матов) и других организмов – фотоавтотрофов: от хризофитовых, зелёных, харовых водорослей и багрянок до мхов и цветковых растений. Массовое развитие фотоавтотрофных организмов в природных водах, содержащих высокие концентрации соединений кальция, способно вызвать нарушение карбонатного равновесия. Процесс фотосинтеза водных организмов обусловлен поглощением СО2 из растворов природных источников, что в свою очередь приводит к образованию микробиальных карбонатных корок на субаквальных поверхностях, а также замещению живых тканей растений кальцитом, выражающемся в формировании на поверхности фотосинтезирующих органов и в тканевых жидкостях кристаллического кальцита. Обрастание экспонированных субаквальных поверхностей колониями цианей с симбиотическими водорослями в фотоактивный период и последующее образование кальцитовых корок происходит довольно быстро. В.Г. Колокольцев характеризует этот процесс замещения, как метасоматоз (Колокольцев и др., 2005). В настоящее время твёрдо установлено, что, несмотря на множественность форм углекислоты в водном растворе С02, в процесс фотосинтеза вовлекается именно свободный С02. А его концентрация в субаквальных природных системах может заметно варьировать (Климов, 1999). Скорость формирования таких кальцитовых корок хорошо фиксируется ежегодным мониторингом и обычно составляет первые миллиметры (в некоторых случаях - до 1,5 см) в год. Основные физико-химические, и биологические механизмы пресноводного карбонатообразования изучаются достаточно давно. До сегодняшнего дня карбонатные породы традиционно делят на две генетические группы: абиогенные и биогенные.
Пресноводные карбонатолиты Ижорского плато
На территории Ижорского плато залежи пресноводных карбонатолитов распространены чрезвычайно широко. Традиционно это объясняется близостью карбонатных пород ордовика, подстилающих четвертичные отложения. Значительная часть известковых отложений носит точечный характер, так как буквально во всех долинах рек этой территории в строении аллювия или на береговых обрывах обнаруживаются проявления локального травертиногенеза. Многие обследованные озёрные или болотные котловины показали в строении своих осадков ту или иную карбонатную составляющую. В классических работах (Куторга, 1852; Дымский, 1932; Бартош, 1976) описывались наиболее крупные залежи, так как их преполагалось разрабатывать на цементное и другое стоительное или сельскохозяйственное сырьё. Нами исследованы многие упоминающиеся в литературе залежи пресноводной извести Ижорского плато. Ряд объектов, описанных в литературе, не нашли своего отражения на Рис. 8, так как указана привязка к никогда не существовавшим населённым пунктам. К таковым мы относим «Антиповское» и «Ижорское» (Бартош, 1976). Некоторые из объектов, указанных обобщающей монографии Т.Д. Бартош, ныне находятся на территории, подвергшейся современной застройке или же мелиоративным мероприятиям, например «Романовское» и «Лятцы». Залежи пресноводных карбонатолитов, описанные Т.Д. Бартош как месторождения «Антиповское» (около дер. Антипов) и «Ижорское» (дер. Муталево) в описании приурочены к береговым образованиям реки Ижоры. Мы проанализировали карты местности, начиная со шведских карт Ингерманландии XVII века до топографических карт 70-х годов, однако деревень с такими названиями на реке Ижоре и вообще на Ижорском плато не нашлось. Остаётся предположить, что Т.Б. Бартош работала с картами времён коллективизации (20-е годы ХХ века), когда в этих местах появилось много хуторов, нередко носивших фамилии владельцев. Часть из таких хуторов присутствует, например, на полётных картах Люфтваффе времён II мировой войны, но и там подобных названий нет. При переписывании названий, могла также вкрасться опечатка: Муталевым может оказаться и Моделево и Местелево, а Антиповым – и Антелево, и Антолово и Антропшино. Привязка к Муталево у Т.Д. Бартош весьма расплывчата: «от ж.-д. моста через р. Ижора, вверх по течению до д. Муталево, по склонам речной долины». Железнодорожных мостов через реку Ижору шесть, все они уже функционировали в 70-х годах и находятся около станций: «Ижоры», «Колпино», «34 км», «Антропшино», «Новое Мозино» и «Пудость». На контурной карте, воспоизведённой Т.Д. Бартош, метки залежей находятся в районе сегодняшнего посёлка «Коммунар», который к 70-м годам объединил несколько деревень и хуторов. Наиболее вероятно, что Т.Д. Бартош имела в виду именно участок течения Ижоры выше Антропшинского моста. Однако сейчас, береговые обнажения пресноводной извести можно найти только непосредственно ниже моста (на расстояние до двухсот метров), либо выше посёлка Коммунар, вплоть до посёлка Лукаши (в пяти километрах, вверх по течению). На сегодняшний день можно выделить два обособленных участка со значительными мощностями пресноводной извести (около трёх метров): в районе деревни Антелево (1) (левый берег р. Ижоры) и в пятидесяти -двухстах метрах ниже железнодорожного моста, в одном километре на юг от станции «Антропшино» (2), на правом берегу. Именно эти залежи пресноводных карбонатолитов внесены в указанный выше список, как доступные для изучения. Сказать, что между этими участками совсем нет проявлений пресноводной извести, было бы тоже неправдой. Перемещённые частицы травертинов так или иначе участвуют в строении аллювия береговых образований Средней Ижоры.
Береговые обнажения залежей пресноводной извести «Антелево» и «Антропшино» впервые описаны И.В. Даниловским в 1925 году в работе «Материалы по изучению четвертичных раковин из слоев II террасы р. Ижоры» (Изв. Геол. Ком. Т. XIV, вып. 4.). Учитывая то обстоятельство, что с 20-х годов местность сильно изменилась, приходится констатировать, что точки описаний обнажений и отбора проб И.В. Даниловского и М.Э. Янишевского не совпадают с сегодняшними. Не существовало посёлка Коммунар, который образовался в результате агломерации нескольких деревень (Антропшина, Местелева, Гайколова, Ванги-Мызы) на южной окраине слободы Большая Графская. Тогда ещё не было столь густой застройки и почти сплошной распашки берегов Ижоры, как не было и зарослей борщевика, появившегося здесь в конце 70-х годов. Судя по подробному описанию местности И.В. Даниловским, залежи «известковых туфов» располагаются ниже деревни Коброловой (сейчас – Кобралово), немногим выше Антелевой (ныне – Антелево), у моста (?) и ниже «писчебумажной фабрики бывш. Печаткина». Ясно, что имеется в виду фабрика «Коммунар», до национализации называвшаяся «Фабрика товарищества наследников К.П. Печаткина». Исходя из изменений в географии деревень и гидрографического рисунка русла Ижоры в течение почти века, приходится признать, что залежи пресноводной извести описывались в нескольких сотнях метров от сегодняшних обнажений. Возможно, точки описания обнажений И.В. Даниловского в настоящий момент либо заросшие, либо распаханные, либо застроенные, кроме того указывается правый берег, возможно ошибочно, так как названные деревни исторически находятся на левом берегу. Вместе с тем, очевидно, что геологическое тело, сформированное пресноводной известью, представляет собой протяжённое, прерывистое, но моногенетичное образование, сформированное среднеголоценовыми речными отложениями.
Разрез «Антелево» неоднократно нами изучался в 2008 – 2011 годах. В октябре 2010 года шурфом удалось пройти до кровли среднедевонских песчаников арукюлаского горизонта, благодаря низкому уровню воды в реке Ижора. В разрезе были выделены две основные пачки: Толща озёрных осадков, сложенная растительной органокластикой и толща речных отложений, в значительной степени сформированная карбонатолитами (Рис. 18, 19). Тёмный, красновато-коричневый торф с остатками древесины сосен и раковин пресноводных гастропод. Торф подстилается коренными песчаниками арукюлаского горизонта среднего девона, в верхней части тёмноокрашенными, вероятно, органогенным углеродом из вышележащих голоценовых отложений. Контакт с вышележащей пачкой ясный, но, по-видимому, согласный. 1.2: -1.70 м – -0.45 м Плотные сизовато-бурые алевро-пелиты с карбонатными стяжениями и обильной органокластикой: преимущественно остатками гигрофитов (тростника, осок), вероятно in situ и переотложенной наземной древесной растительности (преимущественно, сосна и ель) в виде постседиментационно деформированных стволов (до 20 см в диаметре), веток и коры. В составе пачки многочисленны раковины пресноводных гастропод, преимущественно: Bithynia tentaculata; Bithynia leachii; Valvata cristata и Planorbis planorbis. Встречаются также двустворки сем. Eug lesidae. 1.3: -0.45 м – -0.05 м Рыхлые тонко- и неясно слоистые буровато-серые алевро-пелиты с карбонатными стяжениями, залегающие согласно на нижележащих органокластических алевро-пелитах, включают фрагменты (до нескольких десятков сантиметров) растительных остатков, преимущественно гидрофитов.
