Содержание к диссертации
Введение t
Часть І. Седиментогенез и сопутствующие процессы при формировании юрского терригенного комплекса Северного Кавказа 11
Глава 1. Нижне- и среднеюрский осадочный комплекс
Северо-Восточного Кавказа 12
Седиментологические аспекты формирования отложений 12
Общая характеристика строения тоар-ааленской толщи 15
Литолого-фациальная характеристика отложений и условия их образования 26
Область влияния дельты на осадконакопление в бассейне Большого Кавказа 53
Факторы, контролировавшие динамику формирования дельтового осадочного комплекса 57
Седиментологические аспекты формирования байос-батских отложений 66
Глава 2. Характеристика условий образования осадочных толщ
в центрально- и западн окавказском сегментах бассейна седиментации 70
Литолого-фациальная характеристика отложений и условия их образования 70
Факторы, влиявшие на формирование терригенного комплекса 110
Осадконакопление в связи с относительными колебаниями
уровня моря (трансгрессиями и регрессиями) 116
Глава 3. Гравитационные процессы на северном склоне ранне- и
сред неюрского бассейна 132
Образование литификационного кливажа 144
Некоторые следствия гравитационного перемещения осадочных масс на поверхности конуса выноса 149
Формирование гравититов вне пределов развития Дагестанского конуса выноса 168
Глава 4. Динамика накопления осадочных толщ 186
Скорости накопления осадочных толщ в различных структурно-фациальных зонах 189
Факторы, контролировавшие скорости накопления отложений 192
Часть П. Геохимия юрского терригенного комплекса 203
Глава S. Геохимические особенности юрских отложении
различных структурно-фациальных зон 204
5.1. Лабино-Малкииская СФЗ 205
Восточная часть 205
Западная часть 22 7
5.2. Прогиб Большого Кавказа 229
5.3. Восточный Кавказ
Глава 6. Факторы, влиявшие на формирование геохимических 259
характеристик отложений
Влияние источников сноса на геохимию отложений 259
Влияние на геохимию отложений скорости и стабильности осадконакопления 261
Геохимия отложений в связи с колебаниями уровня моря 262
Влияние климата на формирование геохимического облика осадков юрского водоема 275
Диагенетические преобразования в осадках 276
Газовый режим вод ранне- и среднеюрского бассейна
седиментации и его влияние на некоторые особенности
геохимии осадков 277
6.7. Другие факторы, влиявшие на геохимию осадков 279
Глава 7. Происхождение Fe-содержащих рудоносных и
металлоносных горизонтов 282
Часть III. Минеральный состав глинистых отложений
нижней- и средней юры и обстановки его формирования 290
Глава 8. Распределение глинистых минералов в разрезах
разных структурно-фациальных зон 2 ?93
Глава 9. Распределение глинистых минералов по профилям,
пересекающим поле развития нижне-среднеюрских отложений 312
Глава 10. Формирование минеральных ассоциаций вне зоны
интенсивных вторичных преобразований 343
Глава 11. Формирование минерального состава глинистых
пород в зоне интенсивных постдиагенетических преобразований 353
Глава 12. Вторичные преобразования в нижне- и среднеюрских
отложениях северной периферии прогиба Большого Кавказа 380
Глава 13. Температурный фактор в постдиагенетических
преобразованиях глинистых пород 383
Глава 14. Конкрециеобразованис в нижне-среднеюрской толще 391
Диагенетическое конкрециеобразование 391
Постдиагенетические изменения конкреций 402
Заключение 420
Защищаемые положения 429
Литература
Введение к работе
Настоящая работа направлена на решение одной из приоритетных фундаментальны^, проблем современной геологии - формированной эволюция вещественного состава крупных осадочных комплексов складчатых областей, установление взаимоотношения^ между активными факторами литогенеза. Вещественный состав осадочного комплекса формируется на протяжении всей истории его развития - на стадиях седиментогенеза, диагенеза, постдиагенетических преобразований. Возникающим на разных стадиях осадочным породам присущи свои структурно-текстурные, геохимические и минералогические параметры, иногда качественно новые. Вместе с тем, формирующиеся на ранних стадиях литогенеза характеристики отложений активно влияют на гораздо более поздние процессы минералого-геохимических преобразований пород. Поэтому для корректной реконструкции истории становления вещественного состава и структурно-текстурных характеристик осадочных комплексов требуется последовательное и взаимосвязанное исследование и расшифровка их параметров, возникавших на разных стадиях формирования пород. Без проведения такого анализа суждения о причинах, обусловивших итоговые характеристики осадочных толщ, не являются обоснованными. Многие из этих задач в значительной степени решаются при проведении бассейнового анализа; имеется ряд удачных реконструкций такого рода применительно к недислоцированным комплексам. Исследование сложнодислоцированных комплексов складчатых областей значительно усложняется необходимостью учитывать разнообразные «наложенные» процессы при их формировании. Соответственно, для решения этой проблемы требуется свой комплекс методологических подходов. Многоплановый и комплексный анализ дислоцированных осадочных толщ является весьма актуальной проблемой, т.к. только с его помощью можно в ряде случаев получить существенно новые данные о геологической истории складчатых областей и, соответственно, об истории Земли в целом. Нами эта проблема решалась на примере многостороннего анализа нижне- и среднеюрских отложений Большого Кавказа, которые представляют собой единый крупный терригенный комплекс, прошедший сложную и длительную историю развития, начиная от этапа седиментации до этапов интенсивных постседиментационных преобразований, формирования кливажа и складчатой структуры.
Конкретными целями при выполнении исследований было выявление седиментологических, геохимических, минералогических особенностей юрского терригенного комплекса Большого Кавказа, установление совокупности факторов, обусловивших их специфику, выяснение характера и динамики постседиментационных преобразований комплекса, а также их связи с тектоническим развитием бассейна;
построение взаимосвязанной картины формирования осадочной структуры и вещественного состава комплекса от стадии седиментации до этапа формирования кливажа; рассмотрение становления юрского терригенного комплекса как единой целостной системы в контексте как региональных, так и более общих (в том числе глобальных) процессов геологического развития Земли.
Некоторые специальные вопросы формирования вещественного состава нижне- и среднеюрских толщ Кавказа ранее рассматривались геологами, но эти работы, как правило, касались локальных объектов и охватывали сравнительно узкие стратиграфические интервалы. Работа, в которой исследуются образование и последующие изменения всего юрского терригенного комплекса на обширной территории Северокавказского региона выполнена впервые.
Объект нашего исследования - нижне- и среднеюрский осадочный комплекс Большого Кавказа сформировался в бассейне, который располагался на северной периферии океана Тетис (рис. 1а). Согласно современным представлениям (Ломизе, Панов, 1992,2001) в аспекте палеотектонических реконструкций Кавказский регион в лейас-ааленское время развивался в режиме пассивной окраины, в байос-батское - в режиме активной окраины, на которой формировался Закавказский вулкано-плутопический пояс (рис. 16). В морфологическом отношении в лейас-ааленское время бассейн являл собой вытянутый в субширотном направлении более чем на тысячу километров водоем, ширина которого могла достигать нескольких сотен километров. Палеогеографические реконструкции северокавказского водоема показаны на рис. 2. На протяжении ранней и средней юры (раннеальпийский этап развития Кавказа) бассейн характеризовался преимущественно терригснным типом седиментации. За это время здесь накопились мощные песчано-глинистые толщи, суммарная мощность которых в некоторых районах достигает 9 км.
На протяжении всего ранне- и среднеюрского этапа развития бассейн располагался на коре континентального типа, хотя и утоненной. По оценкам М.Г. Ломизе и Д.И. Панова (Ломизе, Панов, 2001) пассивная континентальная,окраина.в ширину достигала 500-600 км; с юга она оітиничивалась континентальным склоном. В современной структуре Кавказского региона границу континент-океан трассируют краевые офиолитовые сутуры, которые прослеживаются от р-на озера Севан до Западных Понтид. В пределах пассивной окраины литосфера испытывала растяжение, что сопровождалось дифференцированными опусканиями ее поверхности ниже уровня моря, заложением линеЙЕЮ-вытянутых бассейнов рифтового типа, в том числе бассейна Большого Кавказа. Предполагается, что бассейн
Рис. la. Размещение Крымско-Кавказской континентальной окраины (в прямоугольнике КК) на реконструкции океана Тетис для ранней юры (тоарского века) по Ж. Деркуру (Атлас....), с изменениями (Ломизе, Панов, 2001)
Рис. 16. Палеотектонические реконструкции Крымско-Кавказской окраины Тетиса: I - пассивная континентальная окраина до начала субдукции (в ранней юре-аалене); II - активная континентальная окраина после установления режима субдукции (в бай осе-бате).
Ск - Скифская платформа, БК - бассейн Большого Кавказа, Зак - Закавказский массив
области поднятия и размыва
Области накопления отложений:
континентальных
мелководно-морских
относительно глубоководных
:—,„,.: J в фацнях континентального склона
К[
толеитовые базальтоиды (а), в том числе дайки (6)
W^'
прочие вулканиты, преимущественно известково-щелочные и субщелочные
вулканические (а) и интрузивные (б) образования субдукционного пояса
сбросы на бортах рифтогенных бассейнов
пассивная граница континент/океан
зона субдукции
; вероятное направление напряжений
Рис.2. Палеогеографическая схема Северного Кавказа и Предкавказья (А-ранний плинсбах; Б -тоар) (Панов, Сгафеев, Юішс, 1996].
1 - суша; 2-8 - фации: 2 - глинисто-песчаные речных проток я проливов и направление транспорта материала, 3 - преимущественно песчаные проксимальные (а) и песчано-алевритовые дистальные (б) конусов вьшоса, 4 - глинисто-песчаные краевьк частей (а) и глинисто-алевритовые центральных частей (б) аллюеиально-озерных бассейнов, временами затопляемых морем, 5 - преимущественно песчаные прибрежно-морские, 6 - песчано-глшнстые мелководно-морские, 7 - глинисто-алевритовые относительно глубоководные, 8 — преимущественно глинистые глубоководные; 9 — угленосность (пласты угля); 10 - лавы и туфы андезитодацнтового состава; 11 -границы фаций; 12 -конседим ентацио иные сбросы; 13 — поелелейасовые надвиги; 14-разрезы по скважинам и обнажениям и мощностьотложений в метрах; 15 - изопахиты в метрах. На рис. 2Б: 1 - сейсмический профиль МОВ ОГТ и его номер
Большого Кавказа развивался по модели асимметричного рифтинга, то есть над главным сместителем, представлявшим собой пологий сброс, наклоненный к северу (Ломизе, 1996).
На лейас-ааленском этапе бассейн Большого Кавказа представлял собой единый прогиб. В конце аапена - начале байоса произошла тектоническая перестройка района, ознаменовавшая начало нового этапа в развитии бассейна Большого Кавказа. В это время пассивная Крымско-Кавказская континентальная окраина преобразовалась в активную, что сопровождалось возникновением Закавказского вулканического пояса. Причем в начале байоса бассейн Большого Кавказа почти полностью замкнулся. Однако такая ситуация просуществовала недолго и последовавшие вскоре опускания охватили континентальную окраину почти повсеместно. В результате этих событий ранее единый бассейн Большого Кавказа распался на систему северных и южных бассейнов. На месте северной части осевой зоны лейас-ааленского бассейна образовались геоантиклинальные поднятия. К югу от них (в тылу Закавказского вулканического пояса) развивалась система узких прогибов, в которых осадконакопление не прерывалось и ааленские отложения без перерыва сменяются байосскими. К северу от гсоантиклинальных поднятий (на месте северного борта лейас-ааленского прогиба) в байосе - бате возникла северная система прогибов, которые по мере роста центральных поднятий постепенно смещались в северном направлении, переходя уже в платформенные прогибы южной окраины Скифской плиты. В конце средней юры вследствие общего поднятия территории Большого Кавказа произошла регрессия и эти прогибы замкнулись.
Несмотря на кажущееся однообразие вещественного состава нижне- и среднеюрского осадочного комплекса, условия его образования на всех этапах развития были чрезвычайно многообразны, соответственно разнообразны и многочисленны были факторы, под влиянием которых происходило его формирование. С условиями накопления отложений было тесно связано возникновение геохимической и минералогической специфики отложений. На постседимептационной стадии развития комплекса происходила существенная переработка отложений под действием геостатического давления, температуры, стресса, в результате чего возникал новый минеральный облик отложений, как правило, заметно отличавшийся от первоначального. Вместе с тем, вновь образованные минеральные ассоциации значительно, а зачастую в решающей степени зависели от первичного состава отложений. Как на стадии накопления толщ, так и в дальнейшем - при преобразованиях пород, сопровождавших формирование кливажа, значительную роль в этих процессах играли тектонические факторы (погружение ложа водоема, сжимающие напряжения и др.). На разных стадиях становления этого комплекса образовывались разнообразные полезные ископаемые, как осадочного, так и
эпигенетического происхождения. Поэтому восстановление по-возможности полной истории
формирования и развития юрского терригснного комплекса является не только круп
фундаментальний проблемой, важной для понимания закономерностей возникновения/^?
структур, схожих с Большим Кавказом, но и для прикладных задач, связанных с вопросами
минерагении региона. ~~~
Следует отметить, что при проведении минералогических исследований акцент был сделан на минеральном составе глинистых и глинисто-алевритовых отложений, который наиболее чутко реагировал на воздействие на породы таких факторов как температура, геостатическая нагрузка, стресс.
Для наших исследований требовалась детальная стратиграфическая основа, которая позволяла бы сопоставлять с достаточной точностью геологические события, процессы, имевшие место в разных частях бассейна Большого Кавказа. Единственной группой ископаемых организмов, позволяющей проводить надежную корреляцию отложений по всей площади бассейна, являются аммониты. Вопросами разработки для Северного Кавказа региональной стратиграфической зональной схемы по аммонитам занимались многие геологи, среди которых следует отметить в первую очередь таких исследователей, как Н.В. Безносов, А.И. Гущин, Н.А. Живаго, В.П. Казакова, И.Р. Кахадзе, К.Я. Крымгольц, Ю.Г. Леонов, Д.И. Панов, К.О. Ростовцев и др. Нами в работе прежде всего использовались работы по стратиграфии юры Северного Кавказа, опубликованные геологами, работавшими в Кавказской геологической экспедиции МГУ, а в дальнейшем Д.И. Пановым, а также А.И. Гущиным и Д.И. Пановым, с которыми автор неоднократно проводил совместные полевые исследования в различных районах Кавказа.
При определении стратегии исследований нам необходимо было выбрать наиболее типичные разрезы, характеризующие динамику накопления отложений на территориях со сходным режимом седиментации. Для этого нами использовалась разработанная в работах Д.И. Панова, Ю.Г. Леонова, А.И. Гущина и др. схема районирования Большого Кавказа на основе выделения структурно-фациальных зон (рис. 3). Наши исследования охватывали отложения J и, развитые в пределах следующих структури о-фациальных зон (СФЗ). Лабино-Малкинская СФЗ - являлась южной частью Скифской плиты; развитые здесь отложения залегают сравнительно полого. К востоку соответствующие отложения перекрыты более молодыми образованиями, С юга Скифская плита, а соответственно и Лабино-Малкинская СФЗ, ограничена Пшекиш-Тырныаузской шовной зоной, которую можно проследить от р. Белой на западе до р. Чегем па востоке. Эта зона преимущественно выражена одним крупным разломом, по на востоке и на западе строение её усложняется, и она представлена в
Рис. З- Схема структурно-фациального районирования территории Большого Кавказа для ранне- и среднеюрского времени (Панов, Гущин, 1987).
1 - эпигерцинская Скифская плита (ЛМ - Лабино-Малкинская зона); 2 - переходная зона между Скифской плитой и геосинклиналью (ТП - Тыриыауз-Пшекишская шовная зона, ВБ
Восточно-Балкарская зона); 3-8 - геосішклшіаль Большого Кавказа в ранней юре и аалене; 3 -северный борт (АГ - Архыз-Гузерипльская, ДО - Дигоро-Осетинская, АХ - Агвали-Хивская зоны), 4 - северное обрамление осевого трога (Пс - Псеашхинская, МА - Метаюта-Ахтычайская, Сп - Сперозская зоны), 5 - осевой трог геосинклинали (БК - Бзыбско-Казбекская, АД - Алазань-Диндидагская зоны), 6 - южное обрамление осевого трога (Св - Сванетская, ДМ
Даличай-Мазинская зоны), 7,8 - южный борт геосинклинали (АР - Абхазо-Рачинская, Шк -Шекинская зона, Кр - Краснополянская, Ск - Сакаурская, Др - Дуруджинская зоны); в байосе и бате: 3 (ДО, АХ) - Балкаро-Осетино-Дагестанский прогиб; 3 (АГ); 4 - система Центральных геоантиклинальных поднятий; 5,6 - система прогибов южного склона; 7 - Закавказский вулканогенный прогиб; 8 - полоса с переходным, вулканогенно-осадочным типом разреза байоса; 9 - Кахетино-Лечхумская шовная зона; 10 - Закавказский срединный массив (в байосе -часть Закавказского вулканогенного прогиба); 11 - границы распространения нижне-среднеюрских отложений на поверхности.
^J>
виде нескольких узких блоков, разделенных разломами [Панов, 1962 и др.]. Северному борту
бассейна Б. Кавказа соответствуют Архыз-Гузериплъская, Дигоро-Осетинская и Агвали-
Хивская СФЗ. Между Лабино-Малюшской и Дигоро-Осети некой СФЗ относительно
небольшую территорию занимает Восточно-Балкарская СФЗ, характеризующаяся
промежуточным между ними типом разреза. Нами также проводились исследования в
центральнокавказской части Бзыбско-Казбекской и Псеашхинской СФЗ, которые
соответствовали осевой части прогиба (Бзыбско-Казбекская) и его северному обрамлению
(Псеашхинская). Последней на востоке соответствовала Метлюта-Ахтычайская СФЗ.
В пределах Лабино-Малкинской СФЗ достаточно отчетливо выделяются западная и
восточная подзоны. Для восточной подзоны опорным был выбран разрез по правобережью р.
Тызыл (левый приток р. Баксан); изучался также разрез по р. Джигиат (правобережье р.
Баксан). Отдельные интервалы разреза Ju были исследованы на правобережье р. Кубань
(ручей Джаланкол, глинистые пачки хумаринской свиты), по р. Малка (оолитовые Fe-руды
Малкинского серпентинитового массива), В пределах западной части Лабипо-Малкинской
СФЗ из-за плохой обнаженности нельзя было изучить в одном месте полный разрез ть:,
поэтому разные стратиграфические интервалы исследовались в разных местах: нижняя часть
разреза - плинсбах - низы тоара - в бассейне р. Малая Лаба, тоарские и ааленские части
разреза по р. Уруп; верхи аалена — низы бай оса по р. Кардоник, баиосские отложения в
О стрататипическом разрезе джангурской свиты на южном склоне г. Джапгура (междуречье
рек Кубань и Кардоник).
Разрез восточной части Пшекиш-Тырныаузской шовной зоны (Кестантинская впадина) описан по р. Кестанты и по левобережью р. Чегем (р. Джунгусу - аален и байос). Дислоцированные и измененные под влиянием повышенных температур отложения этой зоны были исследованы в разрезе по балке Большой Мукулан и непосредственно в районе Тырныаузского рудника. Юрские терригенные отложения Восточно-Балкарской СФЗ изучались на левобережье р. Черек Безенгийский (р. Эль-су, г. Мукал-кая).
В восточной части Архыз-Гузсрипльской СФЗ отложения изучались в Кыртыкской впадине (левобережье р. Баксан), западнее - в верховьях р. Б. Зеленчук (р. Архыз, р. Дукка, г. София), в западной части - по р. Белой и её правому притоку р. Молчепе).
На территории Дигоро-Осетинской СФЗ юрские толщи исследовались в бассейне р. Урух - у с. Лезгор, г. Мацута, по правому притоку - р. Айгамуге - у с. Фараскат, с.Фаснал, с.Галиат, по р. Ардон (б. Ксурт, р. Архон-дон и др.), по рекам Фиагдон, Гизельдон (р. Фардон), в верховьях р. Суаргом-дон, по р. Терек, по правобережью р. Армхи (Салгинская речка и др.), по р. Асса (интервал с пунекими песчаниками).
Толщи, развитые в пределах Псеашхинской СФЗ, изучены по р. Терек и его правому притоку р. Кистинке, по р. Мидаграбиндон (истоки р. Геналдон), а в пределах Бзыбско-Казбекской СФЗ по р. Терек и его притокам, по р. Ардон.
В пределах Восточного Кавказа (к востоку от р. Ассы) исследования в пределах Агвали-Хивской СФЗ велись по долинам рек Чанты-Аргун, Аварское Койсу, Кара-Койсу; отдельные интервалы тоар-ааленских отложений изучены по р. Чирах-чай (хореджская толща, а также подстилающие и перекрывающие её угленосные отложения), аналогичный интервал - по р. Рубас-чай.
Сидеритоносные отложения Дагестана исследовались по р. Самур, р. Курах-чай, в истоках р. Казикумухского Койсу у с. Хосрех, в Чиркатикской впадине на южных отрогах хр. Сала-тау. Домерские отложения Метлюта-Ахтычайской СФЗ изучались по долинам рек Аварское Койсу, Андийское Койсу, Чанты Аргун (у с. Шатили). Отложения, вмещающие полиметаллическое месторождение Кизил-дере, исследовались в верховьях р. Ахты-чай (правый приток Самура).
Полевые работы по изучению юрского терригенного комплекса Кавказа проводились в 1979-1990 гг. Однако автор начал заниматься вопросами образования юрских толщ Кавказа ещё будучи студентом под руководством Д.И. Панова (Локский массив, 1969 г. и Северная Кахетия, 1970 г.).
Специальные исследования в пределах структурно-фациальиых зон Южного склона бассейна Большого Кавказа нами не проводились по ряду причин. Во-первых, в 1979 году была опубликована монография Г.А, Чихрадзе «Литология нижне- и среднеюрских отложений Южного склона Большого Кавказа», в которой часть интересовавших пас вопросов в той или иной степени была рассмотрена. Кроме того, несколько снижало наш интерес к отложениям J]-2 Южного склона то обстоятельство, что для них недостаточно разработана детальная стратиграфическая схема на зональной основе, адекватная существующей для Северного склона. Соответственно, событийная корреляция, широко использовавшаяся в наших палеореконструкциях для Северокавказского региона, была существенно затруднена для сопоставления событий, имевших место на Южном и Северном склонах. Заметим также, что выполнение некоторых запланированных работ на территории Грузии и Азербайджана, направленных на проведение корреляции геологических событий на северной и южной окраинах бассейна, а также завершение геологических пересечений через поля развития отложений Ji_2 Б. Кавказа, после 1990 года стало практически неосуществимым. Поэтому при проведении анализа ранне- и среднеюрского бассейна в
целом нами использовались ранее опубликованные материалы российских и закавказских геологов.
В процессе изучения вещественного состава нижне- и средпеюрского осадочного комплекса отобрано более 1700 проб, в которых представлено более 5 тысяч образцов разновидностей пород. Аналитическая обработка собранного материала проводилась в лабораториях Геологического института РАН - химической (химико-аналитических исследований) и физических методов изучения породообразующих минералов.
