Содержание к диссертации
Введение
1. История изученности возраста и состава вещественных комплексов рифея 9
2. Литолого-петрографическая характеристика рифейских отложений, принципы расчленения и корреляции 48
2.1 Основные принципы расчленения и корреляции рифейских 48
2.2 Выделение седиментационных циклов 50
2.3 Литологические толщи-реперы в рифейских отложений 53
3. Петрохимические особенности рифейских пород 57
4. Корреляция разрезов рифейских толщ 71
4.1 Корреляция разрезов Камско-Бельского авлакогена 71
4.2 Корреляция разрезов Камско-Бельского авлакогена со стратотипическим разрезом Южного Урала 80
5. Литолого-фациальные особенности и геохимические обстановки формирования рифейских отложений 86
6. Роль палеоклимата в седиментогенезе рифейских отложениях 101
7. Эпигенетические изменения пород рифея в связи с формированием резервуаров 111
Заключение 140
Литература 143
- История изученности возраста и состава вещественных комплексов рифея
- Петрохимические особенности рифейских пород
- Корреляция разрезов Камско-Бельского авлакогена со стратотипическим разрезом Южного Урала
- Роль палеоклимата в седиментогенезе рифейских отложениях
Введение к работе
Актуальность темы Действующие мощные инфраструктуры нефтедобычи и нефтепереработки определяют экономическую и социальную стабильность во многих регионах Урало-Поволжья. Однако запасы углеводородного сырья традиционных продуктивных горизонтов палеозоя достигли критических показателей, и в недалеком будущем для нагрузки высвобождающихся производственных мощностей потребуется пополнение ресурсной базы за счет нетрадиционных комплексов геологического разреза, в том числе и додевонских. Р1меющиеся геолого-геофизические материалы свидетельствуют, что осадочные последовательности рифея и венда востока Русской плиты могут содержать скопления углеводородов.
Наиболее широкое распространение верхнедокембрийские образования получили в Камско-Бельском авлакогене востока Русской плиты. Здесь они характеризуются максимальными лющностями (12-14 км) и наибольшей полнотой литолого-стратиграфическнх комплексов, слагающих разрез.
Значительные глубины залегания (от 1500 и 3500-3700 м), большая мощность, сложность строения отложений додевона и малое количество скважин, вскрывших эти отложения, являются объективными причинакш их недостаточной изученности и, как следствие этого, неоднозначности представлений по расчленению и корреляции разрезов различных зон Камско-Бельского авлакогена, стратиграфическому положению нефтематеринских толщ, пород-коллекторов и флюидоупоров, обстановкам осадконакопления, диагенетическим преобразованиям отложений, формированию резервуаров для углеводородов. Все перечисленное не способствует успешному решению вопроса о перспективности допалеозойских отложений на углеводородное сырье.
В последние годы, благодаря бурению в Башкортостане новых параметрических скважин и проведению колшлексных геофизических исследований по региональным профилям (№№1, 2, 4, 7 и др.) получены новые материалы по литологии, седиментации и диагенетическим преобразованиям додевонских отложений.
Проведенное автором детальное и комплексное изучение керна и имеющегося геолого-геофизического материала по вновь пробуренным скважинам, а также переинтерпретация всех материалов по ранее пробуренным на рассматриваемой территории параметрическим и глубоким скважинам, вскрывшим рифейские отложения, позволило получить оригинальный фактический материал, обеспечивший решение некоторых из перечисленных выше проблем. Поэтому выбранная автором тема диссертационной работы, направленная на их решение, является актуальной и имеет важное научное и народно-хозяйственное значение.
В диссертации использованы материалы, полученные автором при выполнении работ по теме: «Изучение додевонской осадочной толщи платформенного Башкортостана и обоснование перспектив ее нефтегазоносности» по Программе Федерального агентства по недропользованию РФ. Цель диссертационной работы Научное изучение литостратиграфии, реконструкция условий осадконакопления, динамических, диагенетических и катагенетических
(эпигенетических) преобразований рифейских отложений как потенциальных резервуаров углеводородного сырья.
Основные задачи
1. Изучение литолого-стратиграфического состава осадочных пород всех стратиграфических уровней рифея.
2. Изучение роли литологического фактора в проведении расчленения и корреляции рифейских разрезов.
3. Установление условий формирования рифейских отложений на основе изучения и обобщения литолого-минералогических, фациальных, петрофизических и геохимических особенностей пород.
4. Изучение палеоклиматических обстановок рифейского зона.
5. Изучение геологических факторов, определивших эпигенез осадочных пород рифейских комплексов.
6. Оценка влияния эпигенетических (катагенетических) процессов на фильтрационно-емкостные свойства коллекторов и флюидоупоров.
Методы решения поставленных задач В работе были использованы все доступные методы исследований: историко-геологический, структурно-тектонический, литологопетрографический, минералого-геохимический (включая спектральный, химический, рентгено-структурный, силикатный анализы), изотопногeoxи^шчecкий, определения пористости и воздухопроницаемости, интерпретация материалов геофизических работ (грави-, сейсмо-, электро- и магниторазведки, данные промысловых геофизических исследований).
Проведено микропетрографическое изучение прозрачных шлифов 2000 образцов всех литологических типов осадочных пород рифея, отобранных из керна 16 параметрических и 90 глубоких, поисковых и разведочных скважин.
Для проведения расчленения разрезов рифея использованы материалы промысловых геофизических исследований. Составлены схемы сопоставления разрезов рифея платформенной части и со стратотипическими разрезами рифея Южного Урала. Изучены данные исследования состава тонких глинистых пород рентгено-структурным анализом. Для расчета геохимических коэффициентов при уточненрш палеогеографических обстановок рифейских эр обработаны результаты полных силикатных анализов 336 образцов. Для уточнения геохимической обстановки осадконакопления привлекались химические анализы разновалентных форм железа по 77 образцам. Для оценки коллекторских и плотностных свойств пород использованы результаты анализов общей пористости и воздухопроницаемости, а также определения плотности 364 образцов.
Теоретической основой решения поставленных задач послужила концепция эволюционного преобразования вещества в ходе диа- и катагенеза, предложенная Л.В.Пустоваловым (1940) и развитая в работах Н.М.Страхова (1962, 1963), Н.В.Логвиненко (1974) и др. На отдельных этапах исследований применялись теоретические положения о цикличности строения толщ К.Р.Тимергазина (1959), Ю.Н.Карогодина (1976), классическое учение Н.М.Страхова (1963) о стадиях литогенеза.
Научная новизна
1. Разработана методика расчленения и корреляции разрезов рифейских отложений, основанная на индивидуальности состава пород осадочных циклов, слагающих рифейские отложения.
2. Реконструирован палеоклимат отдельных периодов рифейского зона с использованием геохимических коэффициентов, отражающих взаимосвязь процессов выветривания на водосборных площадях с составом и гранулометрией поступавшей кластики в области осадконакопления.
3. Изучены геохимические обстановки осадконакопления в бассейнах седиментации по результатам распределения разновалентных форм железа и аутигенных минералов. Определены факторы, влияющие на формирование резервуаров.
Основные защищаемые положения
1. Расчленение и корреляция фаунистически «немых» рифейских отложений необходимо проводить на основании выделения литологостратиграфических циклов и толщ-реперов.
2. Специфика литолого-фациальных, климатических условий и геохимических обстановок определяет потенциальные возможности нефтегазообразования в рифейских отложениях юга Камско-Бельского авлакогена.
3. Формирование резервуаров в рифейских толщах обусловлено комплексом геохимических и геодинамических факторов, проявляющихся на стадиях диагенеза — катагенеза (эпигенеза).
Практическая значимость
1. Разработана методика расчленения и корреляции фаунистически «немых» разрезов рифейских отложений.
2. Выявлены основные факторы, влияющие на образование породколлекторов и пород-покрышек, свидетельствующие о возможности формирования скоплений нефти и газа в отложениях рифея.
3. Установлено, что в рифейских бассейнах седиментации существовали благоприятные условия для накопления органического вещества и прохождения нефтегазообразовательных процессов.
Полученные автором материалы подтверждают выводы предыдущих исследователей о потенциальной перспективности рифейских отложений на поиски углеводородного сырья и будут использованы при уточнении направления геолого-разведочных работ в регионе.
Апробация работы.
Итоги исследований докладывались и обсуждались на Второй региональной научно-практической стратиграфической конференции в г.Саратове (2004г.), Международной научно-практической конференции в г.Казани (2005г.), VI Межрегиональной научно-практической конференции в г.Уфе (2006г.), 7 Уральском региональном совещании в г. Екатеринбурге (2006г.), Международной научно-практической конференции в г.Казани (2008г.), научно-технических советах «Башнедра», ООО «Башнипинефть», 0 0 0 «ПК «Башнипинефть», ДООО «Геопроект», ООО «Башгеопроект».
Публикации.
Результаты исследований опубликованы в 11 печатных работах, в том числе 2 в журналах перечня ведущих рецензируемых изданий.
Объем и структура диссертации.
Диссертация содержит 159 страниц машинописного текста, в т.ч. 28 рисунков и 12 таблиц. Она состоит из введения, 7 глав и заключения. Список литературы включает 127 наименований.
Диссертационная работа вьшолнена в ООО «Башнефть-Геопроект» под научным руководством доктора геолого-1\шнералогических наук, профессора Р.Х. Масагутова, которому автор приносит глубокую благодарность за оказанную помощь в постановке задач и проведении исследований. Автор выражает искреннюю признательность кандидату геолого-минералогических наук Т.В. Ивановой за неоценимую помощь, конструктивные замечания и советы при написании работы. Автор также благодарен сотрудникам ООО «Башнефть-Геопроект» доктору геолого-минералогических наук, профессору Е.В. Лозину, кандидатам геолого-минералогических наук О.Д. Илеменовой, В.Н. Пазухину, В.Н. Минкаеву; доцентам Казанского Государственного университета, кандидатам геолого-минералогических наук В.Г. Изотову и Л.М. Ситдиковой за оказанную активную поддержку и помощь в проведении исследований.
1. ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ ВОЗРАСТА И СОСТАВА ВЕЩЕСТВЕННЫХ КОМПЛЕКСОВ РИФЕЯ Изучение рифейско-вендских (бавлинских) осадочных образований на территории Башкортостана началось с 1944 года, когда эти отложения впервые были вскрыты отдельными скважинами на Туймазинской площади. В 1945 году А.Я.Виссарионовой и М.Ф.Микрюковым они были описаны под названием «бавлинской немой свиты». Проблема возраста расчленения верхнепротерозойских (бавлинских) отложений была основной в течение длительного периода их изучения и остается окончательно нерешенной до настоящего времени по причине отсутствия руководящей фауны и слабой изученности буровыми и сейсморазведочными работами.
На раннем этапе исследований было разработано несколько схем корреляции древних толщ Восточно-Европейской платформы (Солонцов, 1956; Тимергазин, 1953, 1963), в которых платформенные разрезы сопоставлялись с теми или иными подразделениями западного склона Южного Урала, где установлен наиболее полный разрез этих отложений, принятый в качестве стратотипа и описанный в работах целого ряда исследователей (Келлер и др., 1984; Олли, 1943 и др.).
Первоначально Всесоюзное совещание по выработке унифицированной схемы стратигра(1)ии девона и додевона в 1951 году подразделило бавлинские отложения на нижнебавлинскую (красноцветные
породы) н верхнебавлинскую (сероцветные породы) свиты, сопоставив их с ашинскилп! отложениями Южного Урала. Возраст свит был условно принят от кембрия до нижнего девона.
В дальнейшем К.Р.Тимергазиным (1959) была предложена новая стратиграфическая схема, в основу которой был положен принцип расчленения рассматриваемых отложений по седиментационным циклам и литологическим особенностям пород. Согласно этой схеме в состав нижнебавлинской подсерии вошли: орьебашская, калтасинская, серафимовская и леонидовские свиты. Выделение орьебашскон свиты было условным и в дальнейшем выяснилось, что она является аналогом верхнекалтасинской свиты. В состав верхнебавлинской подсерии б ы л и включены терригенные отложения каировской и шкаповской свит.
Нижнебавлинские отложения К.Р.Тимергазиным сопоставлялась с каратауской серией верхнего рифея стратотипического разреза Южного Урала, а верхнебавлинская была отнесена к нижнему кембрию.
Схема К.Р.Тимергазина была положена в основу корреляционной стратиграфической схемы отложений верхнего докембрия восточных районов Русской плиты 1962 года. По этой схеме нижнебавлинская подсерия (в составе калтасинской, серафимовской и леонидовской свит) сопоставлялась с каратауской, а верхнебавлинская (в составе каировской и шкаповской свит) - с ашинской серией Южного Урала. Однако возраст ашинской серии ошибочно был признан рифейскнм.
Опубликованные в 1962 и последующих годах данные радиологического метода (Гаррис, Казаков, Келлер и др. 1964; Гаррис, Постников и др., 1967; Гаррис, Постников, 1970; Казаков, 1960; Казаков, К.Г.Кнорре, Стриженов, 1967 и др.) положили начало расхождению между геологическими и изотопно-геохронологическими определениями возраста отлолсений нижнебавлинской подсерии.
В 1963 году выходит том стратиграфии СССР «Верхний докембрий», составленный большим коллективом исследователей (Б.М.Келлером, Б.С.Соколовым, И.Е.Постниковой, Л.Ф.Солонцовым, К.Р.Тимергазиным и др.). В этой обобщающей работе рассматривается строение и корреляция докембрийских отложений различных регионов Русской плиты.
Опубликованные в 1961-64 гг. данные радиологических методов (Гаррис, Постников и др., 1967; Полевая, Казаков, 1960; Казаков, 1961 и др.) показали, что в Приуралье развиты докаратауские
(допозднерифейские) образования.
с 1963 года в институте Башнипииефть было начато изучение микрофитолитов в карбонатных породах верхнего протерозоя (Морозов, Ревенко, 1969). Полученные результаты в ряде случаев входят в противоречие, как с цифрами изотопной геохронологии, так и с представлениями целого ряда исследователей (Л.Ф.Солонцова, Е.М.Аксенова, А.А.Клевцовой, Т.В.Ивановой и др.) о геологическом строении рассматриваемых отложений, полученными на основании изучения их историко-геологическим методом (Солонцов, 1963, 1966).
В 1965 году на Казанском совещании большую дискуссию вызвал вопрос о возрасте нижнебавлинских отложений из-за противоречийданных палеонтологических и радиологических методов. По комплексу микрофитолитов калтасинская свита в Камско-Бельском авлакогене была отнесена к верхнему рифею. В то же время абсолютный возраст был определен по изотопному возрасту (Гаррис, Постников, 1969) секущих калтасннскую свиту габбро-диабазов - 1013-1195 (985-1162) млн. лет (Стратотип рифея..., 1983). Исходя из сказанного. Межведомственный комитет решил: «возраст указанных отложений не может считаться установленным, и условно отложения нижнебавлинской подсерии включены в состав среднего рифея».
Начиная с 1967 года, по данным радиологического (К-Аг) метода был выделен нижний рифей. По глаукониту (К-Аг метод) возраст арланской свиты в Камско-Бельском авлакогене был определен в 1515 .млн.
лет (Гаррис, 1967), а сама свита многими исследователями была отнесена к нижнему рифею (Краснобаев и др., 1990; Солонцов, Аксенов, 1969).
Однако Г.Морозов и Э.А.Ревенко (1969), основываясь на определениях микрофитолитов, продолжали считать возраст калтасинской свиты в Камско-Бельском авлакогене верхнерифейским. Таким образом, ашитская и калтасинская свиты, по литолого-фациальным признакам представляющие единый седиментацрюнный цикл, по их представлениям, оказались разорванными и между ними предполагался перерыв, соответствующий по времени среднему рифею. В 1970 году Т.В.Иванова (1970), используя литолого-геохимический комплекс исследований, доказывает принадлежность арланскои и калтасинскои свит к единому седиментационному циклу п т е м самым подтверждает нижнерифейский возраст калтасинскои свиты.
В 1969 году Г.Морозов, И.Е.Постникова, Э.А.Ревенко на основании определений IV-ro комплекса микрофитолитов в карбонатных и терригенно-карбонатных породах (ныне ольховской и приютовской свит) выделяют отложения нижнего венда в составе гожанской и штандинской свит в пределах Камско-Бельского авлакогена. Однако против выделения нижнего венда в платформенной части Предуралья выступали Л.Д.Ожиганова, Л.Ф.Солонцов, Е.М.Аксенов, Т.В.Иванова и др. (Иванова, Клевцова, 1972; Солонцов, Аксенов, 1969).
В связи с возникавшими частыми противоречиями определения возраста древних осадочных толщ по микрофитолитам и другим методам (изотопной геохронологии, историко-геологическому) академик Б.С.Соколов в 1972 году в одной из своих работ дал следующее пояснение: «микрофитолиты являются, как известно, не остатками самостоятельных opгaниз^юв, а продуктами жизнедеятельности сине-зеленых водорослей и, вероятно, бактерий, - таксономически плохо распознаваемых. Как литоэкологические образования фитолиты венда не имеют принципиальных отличий от рифейских и кембрийских. Они не знаменуют какого-либо этапа в монотонной эволюции древних таллофитов...» (Соколов, 1972).
В 1977 году в Уфе состоялось Всесоюзное совещание по общим вопросам расчленения докембрия СССР. Принятая совещанием корреляционная схема верхнепротерозойских отложений востока Русской плиты была опубликована в 1978 году. В соответствии с этой схемой в Камско-Бельском и Серноводско-Абдулинском авлакогенах выделялась кырпинская серия нижнего рифея в составе тюрюшевской, арланскои, калтасинскои и надеждинской свит. Эти рифейские отложения были объединены в чашмалинскую серию в составе гожанской, седяшской, кушкульской, салаватовской и штандинской свит.
К концу 1979 года обработка материалов бурения вновь пробуренных глубоких скважин (7000 Арлан, 62 Кабаково, 1 Кипчак, 83
Калтасы) вскрыла противоречие вновь полученных материалов с упомянутой схемой. Это мешало выполнению Всесоюзной Программы по изучению верхнего докембрия Восточно-Европейской платформы. В связи с создавшимся положением по инициативе объединения «Башнефть» в декабре 1979 года была организована комиссия по выработке стратиграфической и корреляционной схем верхнего протерозоя платформенной части Башкортостана. В 1981 году вышеназванная комиссия создает рабочую схему стратиграфии верхнепротерозойских отложений, которая была рекомендована всем производственным организациям. Эта схема выдержала испытание временем и практически сохранилась до настоящего времени (Рабочая схема..., 1981).
Согласно названной схеме в составе рифея было выделено три комплекса: нижний, средний и верхний. В составе нижнего рифея (кырпинская серия, со стратотипом в скв. 7000 Арлан) выделились прикамская (петнурская, норкинская, ротковская и минаевская подсвиты), калтасинская (саузовская, арланская и ашитская подсвиты), надеждинская и кабаковская свиты. Средний рифей (серафимовская серия) выделялся в составе тукаевской, ольховской и усинской свит. Верхний рифей (абдулинская серия) объединял в своем составе леонидовскую, приютовскую (базлыкская, кожайская и кармалкинская подсвиты) и шиханскую свиты.
Дальнейшему изучению стратиграфии верхнедокембрийских отложений Волго-Уральской области посвящены работы Е.М.Аксенова, В.И.Козлова, Ю.В.Андреева и других исследователей.
В 1999 году на Всероссийском совещании «Стратиграфия, палеонтология н перспективы нефтегазоносности рифея и венда восточной части Восточно-Европейской платформы» в г. Уфе была принята стратиграфическая схема рифея и венда Волго-Уральской области. Эта схема утверждена Межведомственным Стратиграфическим Комитетом России 28 января 2000 года. В данной схеме в составе верхнего протерозоя выделены рифей и венд, которые в Международной стратиграфической шкале соответствуют мезо- и неопротерозою (А new Geologic..., 2004) (рис.
1.1). Упомянутая выше стратиграфическая схема для Волго-Уральской области (Стратиграфическая схема..., 2000) с небольшими изменениями использована в диссертационной работе.
РЬучением литологического состава и корреляции разрезов, а также других вопросов геологии рифея восточной части Восточно-Европейской платформы занимались К.Р.Тимергазин (1959), Л.Д.Ожиганова (1960), Г.Морозов (1962), Е.М.Аксенов (1966, 1969), А.В.Маслов (1986, 1997, 1999, 2001), Р.Х.Масагутов (1990, 1998, 2000, 2001, 2002, 2004, 2006), Т.В.Иванова (1990, 1998, 2000, 2001, 2002, 2005, 2006), В.И.Козлов (1995, 2003), М.В.Ишерская, (1997, 2001), В.А.Романов (1997,2001), Н.С.Гатиятуллин (2001, 2003), В.В.Баранов (2001), Р.Х.Муслимов (2005), В.Г.Изотов (2001, 2003), Л.М.Ситдикова (2001, 2003), Ю.В.Андреев (1990, 1998, 1999, 2000), О.Б.Дьяконова (2004, 2005, 2006) и др.
Эратсма Neoprotcrozoic (I к'оиротсрочойская) (Элиакарская C'ryogemaii ^КриогнпскиП Mezoprotcrozoic
(Мезопротерозойская) Paleoproterozoic
(ПалеопротерозоПская) Система период Топ i an
(Тонинская)
(Стстсйский) (Эктазийская
(КзлнмиПскэя) Statherian Сгатерийскип (OpiiJiipiin- (РиациЛскиП) (Сидерийский^ Возраст млн. лет Стратиграфическая схема Южного Урала Эрате.ма Верхний
(каратавпп) Средний (юрматиниП) Иижшп"!
(бурзяннй) Возраст рубежей, млн. лет Рис. 1.1 Сопоставление международной стратиграфической шкалы рифейских отложений (2004) со схемалп! Камско-Бельского авлакогена и Южного Урала (2000), с изменениями РХ.Масагутова и автора
История изученности возраста и состава вещественных комплексов рифея
Изучение рифейско-вендских (бавлинских) осадочных образований на территории Башкортостана началось с 1944 года, когда эти отложения впервые были вскрыты отдельными скважинами на Туймазинской площади. В 1945 году А.Я.Виссарионовой и М.Ф.Микрюковым они были описаны под названием «бавлинской немой свиты». Проблема возраста расчленения верхнепротерозойских (бавлинских) отложений была основной в течение длительного периода их изучения и остается окончательно нерешенной до настоящего времени по причине отсутствия руководящей фауны и слабой изученности буровыми и сейсморазведочными работами.
На раннем этапе исследований было разработано несколько схем корреляции древних толщ Восточно-Европейской платформы (Солонцов, 1956; Тимергазин, 1953, 1963), в которых платформенные разрезы сопоставлялись с теми или иными подразделениями западного склона Южного Урала, где установлен наиболее полный разрез этих отложений, принятый в качестве стратотипа и описанный в работах целого ряда исследователей (Келлер и др., 1984; Олли, 1943 и др.).
Первоначально Всесоюзное совещание по выработке унифицированной схемы стратиграфии девона и додевона в 1951 году подразделило бавлинские отложения на нижнебавлинскую (красноцветные породы) и верхнебавлинскую (сероцветные породы) свиты, сопоставив их с ашинскими отложениями Южного Урала. Возраст свит был условно принят от кембрия до нижнего девона.
В дальнейшем К.Р.Тимергазиным (1959) была предложена новая стратиграфическая схема, в основу которой был положен принцип расчленения рассматриваемых отложений по седиментационным циклам и литологическим особенностям пород. Согласно этой схеме в состав нижнебавлинской подсерии вошли: орьебашская, калтасинская, серафимовская и леонидовские свиты. Выделение орьебашскон свиты было условным и в дальнейшем выяснилось, что она является аналогом верхнекалтасинской свиты. В состав верхнебавлинской подсерии были включены терригенные отложения каировской и шкаповской свит. Нижнебавлинские отложения К.Р.Тимергазиным сопоставлялась с каратауской серией верхнего рифея стратотипического разреза Южного Урала, а верхнебавлинская была отнесена к нижнему кембрию.
Схема К.Р.Тимергазина была положена в основу корреляционной стратиграфической схемы отложений верхнего докембрия восточных районов Русской плиты 1962 года. По этой схеме нижнебавлинская подсерия (в составе калтасинской, серафимовской и леонидовской свит) сопоставлялась с каратауской, а верхнебавлинская (в составе каировской и шкаповской свит) - с ашинской серией Южного Урала. Однако возраст ашинской серии ошибочно был признан рифейским.
Опубликованные в 1962 и последующих годах данные радиологического метода (Гаррис, Казаков, Келлер и др. 1964; Гаррис, Постников и др., 1967; Гаррис, Постников, 1970; Казаков, 1960; Казаков, К.Г.Кнорре, Стриженов, 1967 и др.) положили начало расхождению между геологическими и изотопно-геохронологическими определениями возраста отложений нижнебавлинской подсерии.
В 1963 году выходит том стратиграфии СССР «Верхний докембрий», составленный большим коллективом исследователей (Б.М.Келлером, Б.С.Соколовым, И.Е.Постниковой, Л.Ф.Солонцовым, К.Р.Тимергазиным и др.). В этой обобщающей работе рассматривается строение и корреляция докембрийских отложений различных регионов Русской плиты.
Опубликованные в 1961-64 гг. данные радиологических методов (Гаррис, Постников и др., 1967; Полевая, Казаков, 1960; Казаков, 1961 и др.) показали, что в Приуралье развиты докаратауские (допозднерифейские) образования. С 1963 года в институте Башнишшефть было начато изучение микрофитолитов в карбонатных породах верхнего протерозоя (Морозов, Ревенко, 1969). Полученные результаты в ряде случаев входят в противоречие, как с цифрами изотопной геохронологии, так и с представлениями целого ряда исследователей (Л.Ф.Солонцова, Е.М.Аксенова, А.А.Клевцовой, Т.В.Ивановой и др.) о геологическом строении рассматриваемых отложений, полученными на основании изучения их историко-геологическим методом (Солонцов, 1963, 1966).
В 1965 году на Казанском совещании большую дискуссию вызвал вопрос о возрасте нижнебавлинских отложений из-за противоречий-данных палеонтологических и радиологических методов. По комплексу микрофитолитов калтасинская свита в Камско-Бельском авлакогене была отнесена к верхнему рифею. В то же время абсолютный возраст был определен по изотопному возрасту (Гаррис, Постников, 1969) секущих калтасинскую свиту габбро-диабазов - 1013-1195 (985-1162) млн. лет (Стратотип рифея..., 1983). Исходя из сказанного, Межведомственный комитет решил: «возраст указанных отложений не может считаться установленным, и условно отложения нижнебавлинской подсерии включены в состав среднего рифея».
Начиная с 1967 года, по данным радиологического (К-Ar) метода был выделен нижний рифей. По глаукониту (К-Ar метод) возраст арланской свиты в Камско-Бельском авлакогене был определен в 1515 млн. лет (Гаррис, 1967), а сама свита многими исследователями была отнесена к нижнему рифею (Краснобаев и др., 1990; Солонцов, Аксенов, 1969). Однако С.Г.Морозов и Э.А.Ревенко (1969), основываясь на определениях микрофитолитов, продолжали считать возраст калтасинской свиты в Камско-Бельском авлакогене верхнерифейским. Таким образом, ашитская и калтасинская свиты, по литолого-фациальным признакам представляющие единый седиментационный цикл, по их представлениям, оказались разорванными и между ними предполагался перерыв, соответствующий по времени среднему рифею. В 1970 году Т.В.Иванова (1970), используя литолого-геохимический комплекс исследований, доказывает принадлежность арланскои и калтасинскои свит к единому седиментационному циклу и тем самым подтверждает нижнерифейский возраст калтасинскои свиты.
В 1969 году С.Г.Морозов, И.Е.Постникова, Э.А.Ревенко на основании определений IV-ro комплекса микрофитолитов в карбонатных и терригенно-карбонатных породах (ныне ольховской и приютовской свит) выделяют отложения нижнего венда в составе гожанской и штандинской свит в пределах Камско-Бельского авлакогена. Однако против выделения нижнего венда в платформенной части Предуралья выступали Л.Д.Ожиганова, Л.Ф.Солонцов, Е.М.Аксенов, Т.В.Иванова и др. (Иванова, Клевцова, 1972; Солонцов, Аксенов, 1969).
В связи с возникавшими частыми противоречиями определения возраста древних осадочных толщ по микрофитолитам и другим методам (изотопной геохронологии, историко-геологическому) академик Б.С.Соколов в 1972 году в одной из своих работ дал следующее пояснение: «микрофитолиты являются, как известно, не остатками самостоятельных организмов, а продуктами жизнедеятельности сине-зеленых водорослей и, вероятно, бактерий, - таксономически плохо распознаваемых. Как лито-экологические образования фитолиты венда не имеют принципиальных отличий от рифейских и кембрийских. Они не знаменуют какого-либо этапа в монотонной эволюции древних таллофитов...» (Соколов, 1972).
В 1977 году в Уфе состоялось Всесоюзное совещание по общим вопросам расчленения докембрия СССР. Принятая совещанием корреляционная схема верхнепротерозойских отложений востока Русской плиты была опубликована в 1978 году. В соответствии с этой схемой в Камско-Бельском и Серноводско-Абдулинском авлакогенах выделялась кырпинская серия нижнего рифея в составе тюрюшевской, арланскои, калтасинскои и надеждинской свит. Эти рифейские отложения были объединены в чашмалинскую серию в составе гожанской, седяшской, кушкульской, салаватовской и штандинской свит.
К концу 1979 года обработка материалов бурения вновь пробуренных глубоких скважин (7000 Арлан, 62 Кабаково, 1 Кипчак, 83 Калтасы) вскрыла противоречие вновь полученных материалов с упомянутой схемой. Это мешало выполнению Всесоюзной Программы по изучению верхнего докембрия Восточно-Европейской платформы. В связи с создавшимся положением по инициативе объединения «Башнефть» в декабре 1979 года была организована комиссия по выработке стратиграфической и корреляционной схем верхнего протерозоя платформенной части Башкортостана. В 1981 году вышеназванная комиссия создает рабочую схему стратиграфии верхнепротерозойских отложений, которая была рекомендована всем производственным организациям. Эта схема выдержала испытание временем и практически сохранилась до настоящего времени (Рабочая схема..., 1981).
Согласно названной схеме в составе рифея было выделено три комплекса: нижний, средний и верхний. В составе нижнего рифея (кырпинская серия, со стратотипом в скв. 7000 Арлан) выделились прикамская (петнурская, норкинская, ротковская и минаевская подсвиты), калтасинская (саузовская, арланская и ашитская подсвиты), надеждинская и кабаковская свиты. Средний рифей (серафимовская серия) выделялся в составе тукаевской, ольховской и усинской свит. Верхний рифей (абдулинская серия) объединял в своем составе леонидовскую, приютовскую (базлыкская, кожайская и кармалкинская подсвиты) и шиханскую свиты.
Петрохимические особенности рифейских пород
Полный силикатный анализ осадочных пород рифея был проведен для 336 образцов керна, отобранного из 12 параметрических скважин.
В составе рифейских отложений развиты почти все литологические типы осадочных пород. Петрохимическая характеристика осадочных пород отдельных стратиграфических подразделений обусловлена их литофациальными особенностями.
В основании всех седиментационных циклов залегают полевошпато-кварцевые (преобладают), аркозовые и кварцевые песчаники. Они характеризуются высоким содержанием кремнезема (от 80,6 до 97,5%), среднее содержание Si02 для полевошпато-кварцевых разностей 83,42-89,79%, а для кварцевых 90,48 - 92,22% (табл. 3.1; 3.2). Количество глинозема в песчаниках количественно относительно выдержанно: преобладает значение 4,39-6,31%. Алюминий входит в состав полевых шпатов и глинистой фракции псаммитов. В отдельных случаях глинозем опускается до 2,0% (в кварцевых разностях), либо увеличивается до 8,0% (в песчаниках с глинистым цементом) (табл. 3.1; 3.2).
Для магния установлены две формы нахождения в песчаниках базальных свит: магний карбонатный (в составе доломитового цемента) и магний терригенный (в составе пелитовой фракции). Содержание последнего, как правило, не превышает 0,20-0,40%; количественная характеристика первого имеет более широкий размах: здесь отмечается прямая зависимость магния от содержания в породе СО?.
Кальций, кроме двух перечисленных для магния форм нахождения, входит в состав основных плагиоклазов. В некарбонатных песчаниках содержание кальция не превышает 0,30-0,75%. Минимальное содержание кальция имеют кварцевые песчаники (0,25-0,45%) и максимальное полевошпато-кварцевые песчаники базлыкской подсвиты приютовской свиты верхнего рифея, содержащая в своем составе основные плагиоклазы (табл. 3.1; 3.2).
Среднее содержание титана изменяется в пределах 0,12-0,18%. Максимальные значения его установлены для прибрежно-морских фаций тюрюшевской, ротковской свит и базлыкской подсвиты, содержащих большее количество аллотигенного титаномагнетита в сравнении с более глубоководными.
Железо обнаруживает две основные формы нахождения: в составе аллотигенных черных рудных минералов (магнетит, титаномагнетит, ильменит) и в составе пелитовой фракции, где оно присутствует, главным образом, в виде тонкораспыленного бурого оксида (гематита). Для песчаников базальыых свит наблюдается количественное превосходство окисного железа над закисным.
Натрий и калий в составе рассматриваемых отложений обнаруживают тесную связь с полевыми шпатами: первый - с кислыми плагиоклазами, второй - с микроклином и реже ортоклазом. Определенная часть названных элементов входит в состав пелитовой фракции. Среднее содержание натрия в песчаниках базальных свит нижнего и среднего рифея относительно выдержано и составляет 0,08-0,18%. В верхнем рифее для базлыкской и кожайской подсвит приютовской свиты установлено повышенное содержание натрия (0,24 - 0,30%), обусловленное увеличением плагиоклазов в их составе (рис.3.1, табл.3.2 ).
Калий в полевошпато-кварцевых песчаниках варьирует в пределах 1,96 -4,68% и снижается в среднем до 0,13% в кварцевых песчаниках леонидовской свиты верхнего рифея (табл.3.2).
Аргиллиты в нижнем рифее наибольшее развитие имеют в составе арланской подсвиты калтасинской свиты и кабаковской свиты. В других свитах имеют подчиненное значение. По химическому составу арланские и кабаковские аргиллиты значительно отличаются друг от друга.
Первые обнаруживают самое высокое среднее содержание кремнезема (63,66%), что характерно и для тонкоотмученных разностей.
Это явление объясняется присутствием в породе тонкодисперсного аллотигенного кремнистого материала, наблюдаемого в шлифах. В кабаковских аргиллитах количество кремнезема минимальное (для нижнего рифея) и составляет 56,75%, что объясняется низким содержанием в них алевритовых зерен кварца и алюмосиликатов. По этой причине кабаковские аргиллиты обнаруживают максимальное для нижнего рифея содержание глинозема (18,05%).
Значительное отличие в сравниваемых аргиллитах установлено для железа. В арланских аргиллитах закисное железо превосходит окисное в 1,3 раза, тогда как для кабаковской свиты это соотношение возрастает до 2,6 раза (рис.3.2). Такое распределение разновалентных форм железа обусловлено максимально высоким количеством диагенетического пирита в осадках кабаковской свиты.
Кроме сказанного, обращает на себя внимание факт значительной разницы количественной характеристики натрия. Арланские аргиллиты обнаруживают в пятикратном размере большую концентрацию натрия в сравнении с кабаковскими. Подобную ситуацию в поведении данного элемента возможно объяснить только различными источниками сноса кластического материала. Точнее, разным составом материнских пород. Если для осадочных пород кабаковской свиты ими были породы архей-нижнепротерозойских массивов, то для арланской свиты это могли быть только эффузивы с высоким содержанием натриевых алюмосиликатов (плагиоклазов). Таким образом, кабаковские аргиллиты (вместе с другими породами) следует относить к типу платформенных осадков, а арланские -геосинклинальных (Морозов и др., 1980).
Химический состав аргиллитов свит нижнего рифея, осадочные породы которых по петрохимическим показателям относятся к платформенному типу, относительно близок между собой. Аргиллиты петнурской, норкинской, минаевской и надеждинской свит отличает повышенное содержание калия. Максимальное среднее значение этого элемента (9,59%) установлено в глинистых породах алгинской подсвиты надеждинской свиты (табл.3.1).
В поведении калия прослеживается такая закономерность: он накапливается в мелководных осадках, а в глубоководных кабаковской свиты содержание его снижается до 4,05%. Обратная картина наблюдается для натрия: максимальная его концентрация (0,41%) выявлена в наиболее глубоководных кабаковских глинистых породах. Такого рода закономерность поведения калия и натрия обусловлена повышенной миграционной способностью (Страхов Н.М, 1962). Исключение в этом ряду представляют арланские аргиллиты, представляющие собою образования геосинклинального типа.
Для железа глинистых пород платформенных фаций нижнего рифея отмечается прямая зависимость соотношения разновалентных его форм от фациальных условий: многократное превосходство окисного железа над закисным прослеживается в мелководных осадках (петнурская, норкинская свиты и алгинская подсвита) и обратная картина установлена для глубоководных (кабаковская свита и чермасанская подсвита). Промежуточное положение занимают глинистые породы минаевской свиты, накопление которых происходило в условиях нижнего шельфа. Для них отношение окисного железа к закисному составляет 2,3.
Количественная характеристика глинозема в аргиллитах платформенного типа находится в обратной зависимости от таковой кремнезема. Размах средних содержаний глинозема укладывается в пределы 14,92-18,05% и кремнезема 56,75-61,30%. Минимальное содержание АЬОз (14,92%) и максимальное SiCb (61,30%) установлено для аргиллитов минаевской свиты. Наблюдаемое соотношение алюминия и кремния образовалось благодаря низкой степени сортировки кластического материала в осадочных породах минаевской свиты и "засоренностью" аргиллитов алевро-псаммитовым материалом в составе кварца, полевых шпатов и слюд. Аргиллиты кабаковской свиты обнаруживают минимальное среднее содержание SiC 2 (56,75%) и максимальное - АЬ03 (18,05%), что является следствием наиболее глубоководного образования их в ряду рассматриваемых платформенных фаций.
В среднем рифее аргиллиты занимают определяющую роль в составе ольховской свиты. Однако, по химическому составу слагающих свиту подсвит (акбердинской и сихонкинской) аргиллиты обнаруживают значительные отличия. Так, аргиллиты акбердинской подсвиты, являющиеся более глубоководными, имеют несколько увеличенное среднее содержание кремнезема (62,77%) и значительное превосходство закисного железа над окисным (табл.3.2).
Аргиллиты сихонкинской подсвиты отличаются самым высоким для рифея средним содержанием окисного железа (8,63%), поступавшего в бассейн седиментации в виде взвесей, в сорбированном виде на глинистых частицах и всевозможных растворов. Аргиллиты других стратиграфических подразделений среднего рифея также отличаются максимально высоким содержанием оксида железа и наибольшей величиной отношения Fe203/FeO (рис.3.2).
Аргиллиты рассматриваемого комплекса характеризуются повышенным содержанием калия, максимальное среднее количество (9,47%) которого установлено для тукаевской свиты. Минимальное среднее количество (5,5%) калия выявлено в наиболее глубоководных аргиллитах акбердинской подсвиты.
Корреляция разрезов Камско-Бельского авлакогена со стратотипическим разрезом Южного Урала
Проблеме сопоставления разрезов рифея восточной окраины Восточно-Европейской платформы со стратотипическим его разрезом Южного Урала уделялось внимание многими исследователями, занимавшимися изучением рассматриваемых отложений на любой из этих территорий (Келлер и др. 1963; Якобсон, 1968; Андреев и др., 1981; Козлов, 1997, 2003; Иванова и др., 2004 и др.).
В настоящее время общепринятым является наличие трехчленного деления рифея (нижняя, средняя и верхняя эратемы) в разрезах Волго-Уральской области и Южного Урала, которое является отражением выделенной здесь мегацикличности в осадконакопленни, в свою очередь осложняющей единый рифейский макроцикл, начинающийся с грубозернистых осадков прикамского цикла и заканчивающийся карбонатными - лаклинского цикла (леузинская и шиханская). Также считается доказанным, что в позднем протерозое территория восточной части Восточно-Европейской платформы и Южного Урала являли собою единую область, в пределах которой, сменяя друг друга, происходило развитие нескольких рифейских осадочных бассейнов, имевших рифтовую природу (Иванова и др., 1990; Пучков, 2000; Масагутов, 2002). Данное представление доказывается надежной сопоставимостью литологических разрезов отложений отдельных рифейских комплексов или их частей.
Приведенная ниже корреляция разрезов рифея Волго-Уральской области и Южного Урала подтверждается данными палеонтологии, изотопной геохронологии и хемостратиграфическими исследованиями (Стратотип рифея..., 1983; Горожанин, 1983; Козлов, 2003; Кей и др., 2007 и др.).
Как было отмечено выше (глава 2) основной толщей-репером для отложений орьебашского седиментационного цикла является калтасинская свита, представляющая собой сложнопостроснное геологическое тело, большая часть которого сложена доломитами, содержащими строматолиты и микрофитолиты I (нижнерифейского комплекса), аналогичного таковым из разрезов Бакало-Саткинского района Южного Урала, где расположены стратотипические разрезы нижнего рифея. По стратиграфическому положению, составу, биостратиграфической характеристике и имеющимся изотопным датировкам калтасинская свита уверенно сопоставляется с саткинской свитой нижнего рифея Башкирского мегантиклинория.
Б.М.Келлером с соавторами (Андреев и др., 1981; Козлов и др., 2007) было показано, что кабаковская свита Волго-Уральской области коррелируется с юшинской и бакальской свитами Южного Урала (рис.4.2).
Изложенное выше показывает, что осадки орьебашского седиментационного цикла (от калтасинской до кабаковской свит включительно) достаточно уверенно коррелируется с отложениями бурзяния Южного Урала.
Для отложений среднерифейского мегацикла основной толщей-репером являются песчаники тукаевской свиты, детально описанные выше (глава 2). По петрохимическим данным песчаники существенно кварцевые, с незначительным содержанием щелочей. По стратиграфическому положению и особенностям состава сопоставляется с зигальгинской свитой, являющейся базальной для юрматиния Южного Урала. Вышележащая ольховская свита представленная карбонатно-терригенными отложениями пестрой, преимущественно красноцветной окраски, специфическими геохимическими особенностями условно сопоставляются с зигазино-комаровской и авзянской свитами юрматиния Башкирского мегантиклинория (рис.4.3, 4.4).
Выше было отмечено, что основными толщами-реперами для абдулинской серии Камско-Бельского авлакогена (леонидовский и лаклинский седиментационные циклы) являются леонидовская и шиханская свиты, подробно охарактеризованные нами в главе 2.
По мнению автора, основной маркирующей толщей абдулинской серии является шиханская свита, вскрытая ближайшими к Южному Уралу скважинами 5 Шиханская, 6 Ахмеровская, 184 и 188 Южно-Тавтимановские (рис.4.1). Как было отмечено выше в главе 2 шиханская свита представлена пестроцветыыми известняками, по своему составу, структурно-текстурным особенностям и наличию микрофитолитов катавской ассоциации и хемостратиграфическим особенностям (Козлов и др., 2003) практически неотличима от одноименной свиты стратотипа верхнего рифея Южного Урала (рис.4.3). Исходя из этого все дошиханские отложения Камско-Бельского авлакогена могут быть сопоставлены с зильмердакской свитой, являющейся базальной для каратавия.
Стратиграфически выше известняков шиханской свиты в скв.1 Леузинская с постепенным переходом вскрыты доломиты одноименной свиты, которые по составу, структурно-текстурным особенностям и хемостратиграфической характеристике сопоставляется с подинзерскими слоями (нижняя подсвита инзерская свита) (Козлов и др., 2003).
Как было отмечено, в скв. ТООО Арланская и 1П Сарапульская, 50 Ново-Урнякская и 203 Мензелино-Актанышская под ротковской свитой сверху вниз вскрыты отложения ыоркинской, петнурской, сарапульской тюрюшевской свит общей мощностью 2620 м. По данным сейсмопрофилирования эта толщина увеличивается до 4000 м. При средней скорости рифтового осадконакопления (40 м/млн. лет, Сурков, 1998) для образования этой толщи потребовалось бы около 100 млн. лет.
Проведенный таким образом анализ нижнерифейских отложений сравниваемых территорий восточной части Восточно-Европейской платформы и Южного Урала приводит к заключению об удревнении нижней возрастной границы рмсрейского эона до 1700±50 млн. лет.
В заключение следует отметить.
1. В составе нижнего рифея на восточной окраине Восточно-Европейской платформы установлен доротковский, а, тем самым, и доайский цикл осадков прикамского цикла, в соответствии с этим нижняя граница рифейского зона должна быть удревлена до 1700±50 млн. лет.
2. Отложения орьебашской подсерии (орьебашский седиментационный цикл) нижнего рифея Камско-Бельского авлакогена достаточно уверенно коррелируются с отложениями айской, саткинской и бакальской свит бурзянской серии Южного Урала.
3. Раннерифейский возраст отложений надеждинской свиты подтверждают цифры абсолютного возраста интрузирующих их габбро-диабазов, составившие 1368 и 1377 млн. лет. Возрастной аналог данной свиты в разрезе рифея Южного Урала не установлен по причине ограниченного развития надеждинских отложений в западной части Камско-Бельского авлакогена на платформе.
4. Отложения среднерифейского мегацикла Камско-Бельского авлакогена параллелизуется с юрматинским на Южном Урале.
5. Отложения лаклинского седиментационного цикла (приютовская, шиханская и леузинская свиты), по нашему мнению, коррелируются с зильмердакскои и катавскои свитами и нижней подсвитои инзерскои свиты каратавия Южного Урала. В соответствии с этим мы считаем, что аналоги континентальных отложений леонидовской свиты на Южном Урале отсутствуют.
6. Возрастной аналог базальных позднерифейских континентальных леонидовских песчаников в разрезах рифея Южного Урала отсутствует, что подтверждается результатами бурения параметрических скв. 1 Леузинская и 1 Кулгунинская.
Роль палеоклимата в седиментогенезе рифейских отложениях
Для реконструкции палеоклиматических обстановок широко применяются результаты химических анализов осадочных пород. Наиболее достоверную информацию по данной проблеме сохраняют глинистые породы, претерпевшие наименьшее эпигенетическое изменение в составе среди терригенных пород в силу их повышенной плотности (Маслов и др., 1999).
Роль материнских пород в рифее на рассматриваемой территории выполняли метаморфические и интрузивные породы кристаллического архей-раннепротерозойского фундамента, которыми сложены массивы, окружавшие рифейские породные бассейны. Наиболее распространенными среди кристаллических пород фундамента являются биотитовые плагиогнейсы, неравномерно микроклинизированыые и превращенные местами в гранито-гнейсы. Данный факт подтвержден результатами бурения глубоких скважин 2000 Туймазы (Морозов и др., 1970), скв. 50 Ново-Урняк (Иванова др., 2001) и других скважин (Тимергазин, 1959). Химсостав терригенных пород рифея в среднем наиболее близок вышеназванным породам фундамента (табл. 6.1), исключение составляют породы арланской подсвиты калтасинской свиты нижнего рифея, что следует объяснять иным, восточным, источником сноса обломочного материала (Иванова и др., 1990).
В данной работе использовано четыре геохимических показателя, рассчитанных для аргиллитов, свободных от алевро-псаммитовой кластики и карбонатов, и один показатель для песчаников (табл. 5.1, 5.2). Три показателя для аргиллитов (ГМ, CIA, CIW) применяются нами впервые для рифейских отложений платформенного Башкортостана.
В качестве индикатора химического выветривания материнских пород использовано отношение АЬОз/Ма20 (AN — коэффициент зрелости). При значениях AN менее 30 степень химической дифференциации оценена как слабая; при показании параметра в интервале 30-60 — как средняя и 60 - как высокая (Маслов и др., 1999; Ронов и др., 1965).
Зрелость поступавшей в области седиментации тонкой алюмосиликокластики была реконструирована по гидролизатному (rM=(Al203+Ti02+Fe203+Fe0)/SiO2) коэффициенту, который характеризует одну из основных тенденций химического преобразования пород в области размыва - отделение продуктов гидролиза от кремнезема: чем выше его величина в глинистых породах, тем более сильное химическое выветривание претерпели исходные породы.
Показателем климата в области размыва принято считать индекс химического выветривания С1А=[А12Оз/(А12Оз+СаО+№2О+К2О)]х100. Невыветрелые породы, образованные в условиях аридного или холодного климата, характеризуются значениями CIA порядка 50ед. и менее, тогда как сильно выветрелые их разности, сформировавшиеся в условиях гумидного климата, приближаются к ЮОед. (Nesbitt, Young, 1982; Маслов и др., 1999).
Для рифейских отложений Башкирского мегантиклинория А.В.Масловым с соавторами (1999) установлено, что глинистые породы со значениями С1А 70ед. были образованы за счет тонкой алюмосиликокластики, поступавшей из области размыва с теплым (гумидным) климатом. Ко второй группе (С1А бОед.) отнесены глинистые породы, для формирования которых материнские породы находились в условиях палеоклимата, близкого к аридному. И, наконец, третья группа пород (60 CIA 70) объединяет глинистые породы подавляющего числа литостратиграфических единиц типового разреза рифея Южного Урала. Скорее всего, все эти образования, по мнению вышеназванных исследователей, являются отложениями умеренных климатических обстановок.
Дополнительным аргументом при реконструкции палеоклимата служат данные о вариациях химического индекса выветривания (CIW=[Al2O3/(Al2O3+CaO+Na2O)]xl00) глинистых пород, который является мерой выветривания поступавшей в область осадконакопленпя тонкой алюмосиликокластики относительно пород источников сноса (Harnois, 1981). Величина индекса CTW возрастает с ростом степени выветрелости материала палеоводосборов. По данным Л. Арнуа (Harnois, 1988), для слабо измененных докембрийских базальтов и гранитов величина индекса CIW составляет, соответственно, около 76 и 59...61 ед., тогда как в корах выветривания продукты изменения этих пород достигают значений 94...98 ед.
Важную информацию о палеоклимате несут также алевропсаммиты: значения коэффициента зрелости (AN 50) являются показателем теплого и достаточно влажного, т.е. гумидного климата на континенте (Ронов и др., 1965; Масагутов, 2002).
Преобладание среди алевропсаммитов рифея кварцевых и полевошпато-кварцевых разностей указывает на существование на палеосводах условий, обеспечивавших достаточную степень химического разложения в корах выветривания темноцветных минералов материнских пород - наиболее неустойчивых в подобных условиях в зонах гипергенеза в сравнении с полевыми шпатами и кварцем. Кроме того, в течение рифейского эона происходили изменения в составе полевых шпатов алевропсаммитов. Так, на водосборах при химическом выветривании быстрее разрушались натро-кальциевые их разности, т.е. плагиоклазы в сравнении с калиевыми (микроклином и ортоклазом) (Морозов, 1970).
Показателем палеоклимата является не только степень зрелости кластического материала, но также состав сингенетичных хемогенных пород (Страхов, 1963; Тугаринов, 1973). Так, сульфаты осаждаются только в закрытых и полузакрытых водоемах в условиях аридного или близкого к нему (семиаридного) климата. Доломиты - в условиях теплого (гумидного) или жаркого (аридного) климата. Для осаждения известняков температура воды бассейнов должна быть более низкой, т.е. известняки являются показателем умеренного или холодного климата. Однако в условиях теплого климата на больших глубинах при пониженных температурах также может происходить осаждение известняков.
Комплексное использование всего имеющегося фактического материала дает возможность провести реконструкцию палеоклимата отдельных рифейских эр.
Раннерифейская эра
Прикамская эпоха. Преобладающими терригенными породами являются алевролиты и песчаники полевошпато-кварцевого состава, иногда с биотитом. Полевые шпаты представлены калиевыми и натро-кальциевыми разностями. Коэффициент зрелости (AN) песчаников тюрюшевской свиты низкий, составляет 27 ед (табл. 5.2). Аргиллиты редки, установлены в виде маломощных прослоев. Значения коэффициентов AN, ГМ и CIW достаточно низкие, отмечается тенденция небольшого их роста к концу прикамской эпохи — в норкинский век. Усредненная величина климатического показателя для аргиллитов составляет 64,4-65 ед. (табл. 5.1; рис. 6.1, 6.2). Хемогенные породы представлены сингенетичными доломитами, реже сульфатами.
Орьебашская эпоха. В составе алевролитов и песчаников определилось небольшое преобладание калиевых полевых шпатов над натро-кальцевыми, что обусловило увеличение коэффициента зрелости (AN) песчаников ротковской свиты до 35 ед (табл. 5.2). Образование тонкой алюмосиликокластики в корах выветривания древних массивов было крайне ограниченным и проявилось только в образовании к концу эпохи среди ашитских доломитов пачек мергельно-глинистого состава толщиной 20-250 м. Все геохимические показатели (AN, ГМ, CIW и CIA) для аргиллитов орьебашской подсерии выше в сравнении с прикамской. Исключение составляют аргиллиты арланской подсвиты калтасинской свиты, для которых пониженные значения коэффициентов, отвечающих за интенсивность выветривания пород источников сноса, обусловлены поступлением кластического материала из восточной геосинклинальной области (Иванова и др., 1990). Максимальные значения всех коэффициентов получены для аргиллитов ашитской подсвиты, что обусловлено усилением процессов дифференциации материнских пород на водосборах древних массивов к концу орьебашской эпохи. Хемогенные породы орьебашской подсерии представлены доломитами, которые иногда на больших глубинах сменяются известняками.
Надеждинский век. В составе полевых шпатов песчаников преобладающими становятся калиевые разности, вследствие чего величина AN возрастает до 54 ед. (табл. 5.2). Количество аргиллитов увеличивается, но они не имеют превалирующего значения в составе верхней чермасанской подсвиты надеждинской свиты, имеющей глинисто-карбонатный состав. Выявленные для аргиллитов все геохимические коэффициенты являются максимальными для нижнего рифея. Так, величины AN (65,8 ед.) и CIW (94,3 ед.) являются показателями достижения в надеждинский век высокой степени химического выветривания материнских пород. Максимальное значение гидрализатного модуля (ГМ-0,466 ед.) указывает на активное прохождение в корах выветривания процессов отделения элементов-гидрализатов от кремнезема. Показатель климата (CIA) возрастает до 68,5 ед (табл. 5.2; рис. 6.1, 6.2). Карбонатные породы надеждинской свиты представлены только доломитами.
Похожие диссертации на Эволюция литогенеза рифейских отложений юга Камско-Бельского авлакогена
