Содержание к диссертации
Введение 4
Краткая характеристика ордовикских отложений Балгоскандии 9
Глава 1- История изучения аномальных синседиментационных структур в отложениях ор
довика Балтоскадии 14
1.1 Северо-Западная Россия 14
1.2- Северная Эстония 20
1.3. Швеция 22
Глава 2. Методы исследования аномальных структур 26
Глава 3. Описание карбонатно-глиняных иловых холмов Баптоскандии 34
Определение 34
Классификация, пространственные взаимоотношения 34
Геофафическое распространение, положение в разрезе, локальные особенности..37
Швеция 37
Северная Эстония 42
Северо-Западная Россия, Ленинградская область 48
Фототаблицы 1-10 84
3.4, Литологические особенности, фауна и фации 74
3.4-1, Карбонатно-глиняные ядра 74
Состав глинистых пород карбонатно-глиняных ядер 74
Фауна карбонатно-глиняных ядер 75
Микроструктура глинистых пород карбонатно-глиняных ядер 81
Фации карбонатно-глиняных ядер л 81
3.4.2. Микроспаритовые покровы 85
Структура микроспаритов ... 87
Фации и фауна микроспаритовьгх покровов 88
Строматактоидные текстуры 94
Дополнительные заметки по эволюции микроспаритовых покровов 95
3.5, Наложенные постдиагенетические изменения 96
Глава 4F Происхождение карбонатно-глиняных иловых холмов 99
4.1. Обстановка формирования иловых холмов 99
4.1.1. Палеогеографическая позиция и тектонический режим бассейна 99
4.12. Солёность 99
Температурный режим 1О0
Скорость седиментации 101
Фациальная зональность 103
Трофическая зональность бектоса 106
Глубина бассейна 108
Процессы осадконакопления 109
4.2. Отвергнутые модели образования карбонатно-глиняных иповых холмов 112
4.2.1- Гравитационная модель , 112
Модель переменной влажности 112
Кристаллизационная модель 113
Модель плотностной стратификации 113
Атолловая модель 114
4.2.6. Модель брахиоподовых холмов 116
4.3. Оценка актуалистических механизмов формирования иловых холмов 119
Иловые вулканы и мелководные иловые банки 119
Стабилизация волочимого по дну осадка глубоководными организмами: Современные литогермы Флоридского пролива 121
Оценка возможности микробиального осаждения глин 124
Микробиальные маты и терригенное осадконакопление 124
Критерии распознавания древних микробиальных осадков
в терригенных породах , 132
4.3-3.3. Результаты поиска микробиальных структур и текстур
в отложениях ядер карбонатно-глиняных иловых холмов 136
4.3.4. Холодные углеводородные сипы 137
Общая характеристика современных сипов и микросипов -137
Современные морские карбонаты,
связанные с углеводородными источниками 140
Признаки ископаемых сипов 142
Следы вьюачивания углеводородов в отложениях
Балтийского палеобассейна 144
Генезис и предполагаемый состав углеводородов раннепалеоэойских сипов Балтийского палеобассейна 146
Оценка возможной роли углеводородных сипов в формировании карбонатно-глиняных иловых холмов 147
4.3.5. Осавдение взвеси губками 149
4.3.5.1.0бщие сведения 149
4,3^5 2.Оценка возможности аккумуляции глин иловых холмов ордовика
Балтоскандии губками 154
Универсальная модель образования карбонатно-глиняных иловых холмов 164
Место карбонатно~глиняных иловых холмов ордовика Балтоскандии
в системе и эволюции органогенных построек 171
Заключение 172
Список литературы 173
Приложения:
Приложение 1. Весовые соотношения глин и заключённого в них карбонатного материала в отдельных пробах из карбонатно-глиняных иловых холмов и вмещающего разреза, сопряжённые с визуальной оценкой соотношений разных
групп скелетной фауны 222
Приложение 2. Распределение брахиопод в промывках глин из карбонатно-глиняных
иловых холмов ОЗ России и вмещающих отложений 225
Введение к работе
Слоистые известняки второй половины нижнего - первой половины среднего ордовика, слагающие основание карбонатной последовательности палеозоя северо-запада Восточно-Европейской платформы, являются удивительно выдержанными по простиранию. Заключённые в нескольких метрах конденсированного разреза пласты и пачки сохраняют свои основные характеристики - структуры, текстуры, окраски, мощности - на расстоянии многих десятков километров. Тем не менее, на протяжении ХХ-го века, в обнажениях Северозападной России, Северной Эстонии, Средней и Южной Швеции» были выявлены разного масштаба синседиментационные нарушения залегания этих известняков. Нарушения, охватывающие один или несколько пластов, представлялись различным авторам «островками» на дне моря; антиклинальными складками; линзами глин и мергелей, местами замещающими значительную часть известнякового разреза. Упомянутые структуры не привлекали і: себе особого внимания и никогда не являлись предметом регионального анализа.
Однако, ситуация изменилась в 1992-93 гг, после реинтерпретации одного, из давно известных в Ленинградской области, крупного нарушения в качестве необычного, имеющего глиняное ядро, илового холма (Дронов, Иванцов 1994) и последующего обнаружения нескольких крупных и мелких холмов аналогичного строения (Дронов, Фёдоров 1994). Уже с самого начала их изучения стало очевидным, что эти структуры возникли за счёт аккумуляции разнородного осадочного материала, в первую очередь - глинистого, на отдельных участках дна палеобассейна и что их формирование сопровождалось фоновой или нулевой седиментацией на окружающих пространствах. Одновременно с глиной накапливался карбонат кальция в виде биокластического детрита, скелетов мелких бентосных беспозвоночных и, в подчинённом количестве, известняков, образующих линзы, пласты и нодули. Каждый карбонатно-глиняный холм облекался неровным покровом тонкозернистого известняка, присутствие которого усиливало сходство рассматриваемых холмовидных структур с широко распространёнными в карбонатных и терригенных осадочных последовательностях фа-нерозоя образованиями, называемыми иловыми холмами.
5 Термин «иловый холм» [mud mound] (Уилсон 1980; Bourque & Gignac 1983; Reitner & Neuweiler 1995; Webb 2001) и его аналоги: «карбонатный иловый холм» (Pratt 1982; Bosence S Bridget 1995; Monty 1995; Bourque 1997; Neuweiler et aL 1999; Riding 2002), «известняковый иловый холм» {Rossetal. 1975; Krause2001), «карбонатный холм» (Bourque & Boulvain 1993; Boulvain 2001), «рифовый холм» (James 1983; Pratt 2000), «холм» (Toomey 1970; Maurin et aL 1981; James & Bourque 1992; Samankassou 2001), «бескаркасная постройка» (Кузнецов 1996а,б; 1997), с 1970-х гг, широко используется в геологической литературе для обозначения холмообразных тел карбонатной породы, обладающих первичным топографическим рельефом и сложенных преимущественно частицами иловой размерности.
В отличие от рифов (sensu stricto), созданных «на месте» сессильными бентосными организмами, и состоящих из крупных, сросшихся между собой известковых скелетов колониальных животных и массивных, объизвесткованных слоевищ водорослей, обычно считается, что иловые холмы имеют полигенное происхождение1. Их образование обусловлено взаимодействием процессов трёх разнородных групп: 1) гидродинамическим привносом тонкого карбонатного ила извне; 2) осаждением и/или стабилизацией ила бентосными организмами, населяющими дно бассейна или поверхность холмов; 3) формированием тонкозернистого карбоната органической или неорганической природы непосредственно на месте в пределах холма (Уилсон 1980; James & Bourque 1992; Reitner & Neuweiler 1995),
Несмотря на то, что отдельные холмовидные скопления карбонатного материала могут быть образованны исключительно физическими процессами, т.е. представлять собой нагромождения осадка иловой и песчаной размерности (напр. Neumann et aL 1977), большинство из иловых холмов традиционно рассматривается в качестве органогенных построек,
1 Нетрадиционная структурно-генетическая систематика рифов и иловых холмов предложена Р. Райдингом (Riding 2002), !< рифам указанный автор относит любые карбонатные постройки, органогенная природа которых доказуема. При этом карбонатные тела, обычно рассматриваемые в качестве иловых холмов, но обладающие признаками формирования «in situ» в результате жизнедеятельности каких-либо организмов, переходят, по Райдингу, в категорию рифов; в числе же иловых холмов остаются лишь те холмообразные структуры, природа которых не установлена, и те, которые образованы физическими процессами.
6 возникших при одновременном проявлении процессов всех трёх упомянутых групп (Уилсон 1980; James 1983; James & Bourque 1992; Bosence & Bridges1995).
По определению (напр. Bosence & Bridget 1995, p. 4; Riding 2002, p. 207), иловые холмы имеют карбонатный состав, тем не менее, известны примеры ископаемых и современных холмов, сложенных глинистыми породами. К ним относятся нижнекаменноугольные холмы формации Форт-Пейн (США), заключённые внутри сланцевой толщи и состоящие из ядра, сложенного глинистым сланцем и известнякового покрова, сформированного криноидным пакстоуном (Meyer et al. 1995) и голоценовые холмы континентального шельфа Канады, сложенные преимущественно глиной, осажденной локальными аггрегациями кремневых губок из несомой течениями взвеси {Conway et al. 1989; Van Wagoner et al. 1989). Глиняные холмы канадского шельфа, чаще называемые исследователями «губковыми рифами», приурочены к холодноводным районам, где фоновое осадконакопление отсутствует или представлено дролстонами. Глины, слагающие холмы, насыщены разрозненными кремневыми спикулами демоспонгий или обломками скелетов литистидных гексакгинеллид.
Иловые холмы, обнаруженные в Ленинградской области оказались отличными от всех' известных в мире ископаемых и современных иловых холмов. От ординарных холмов, сложенных карбонатным материалом, они отличаются преобладанием глин и мергелей в ядерной части; от холмов формации Форт-Пейн - наличием неконсолидированной глины в ядрах, иной структурой покровного известняка и карбонатным составом вмещающего разреза; от современных губ ко в ых рифов канадского шельфа - формированием в пределах зоны карбонатного осадконакопления, отсутствием биогенного кремнезёма в глинах, наличием в них известняковых линз, нодулей и прослоев, и развитием известняковых покровов,
Карбонатно-глиняный состав и приуроченность к конденсированному известняковому разрезу, уже на ранней стадии изучения, позволили обособить иловые холмы Северозападной России в отдельный тип, получивший название «геккеровы горбы» (Дронов, Фёдоров 1994), в честь известного отечественного палеонтолога Р.Ф. Геккера.
Необходимость исследования столь необычных структур в пределах всех доступных обнажений Балтоскандии была продиктована тремя обстоятельствами. Во-первых, само по
себе обнаружение иловых холмов неожиданно выявило «белое пятно» в представлениях о геологии классически изученного региона. Во-вторых, данные структуры могли оказаться органогенными постройками, намного превосходящими по возрасту верхнеордовикские биогермы Вазалемма, считающиеся (Мянниль, Эйнасто 1968) древнейшими фанерозойскими рифами Восточно-Европейской платформы. В-третьих, уникальность карбонатно-глиняных холмов данного типа должна была получить какое-либо объяснение, что, в свою очередь, требовало изучения их строения и распределения на всей площади выходов.
Главная цель настоящего исследования состояла в установлении закономерностей распространения, строения и формирования карбонатно-глиняных иловых холмов ордовика Балтоскандии. Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
определение географического и стратиграфического распространения иловых холмов. Предполагалась ознакомление со структурами, упоминавшимися в региональной литературе в качестве синседиментационных и внутрипластовых нарушений, а также поиск и изучение новых аномальных структур в максимально возможном числе обнажений региона;
установление геометрических параметров и особенностей строения иловых холмов, создание классификации структур данного типа;
изучение литологических особенностей слагающих иловые холмы горных пород;
исследование таксономического состава, распределения и экологического значения фауны, захороненной в самих холмах и во вмещающих отложениях;
выявление слагающих иловые холмы фаций;
рассмотрение имеющихся моделей и потенциально возможных механизмов образования карбонатно-глиняных иловых холмов с оценкой их адекватности.
Исследование карбонатно-глиняных иловых холмов Балтоскандии заняло десять лет. За это время были изучены многочисленные обнажения ордовика в районе Балтийско-Ладожского глинта в Ленинградской области и Северной Эстонии, а также обнажения ордовика в береговых обрывах островов Вяйке-Пакри (Эстония) и Эланд (Швеция).
Завершенная работа представляет собой оригинальное обобщающее исследование древнейших в Европе карбонатно-глиняных иловых холмов, сформировавшихся в конце
8 раннего - начале среднего ордовика в эпиконтинентальном Балтийском палеобассейне. Впервые установлено географическое распределение этих структур в Балтоскандинавском регионе и их былое распределение относительно фациальных и трофических зон палео-бассейна. С высококой детальностью выявлены стратиграфические уровни их развития. Показана полигенная природа холмов, определена роль биотических и абиотических факторов в их образовании, предложена оптимальная модель формирования данных структур.
На разных этапах полевых работ в Ленинградской области спутниками автора были коллеги: А. В. Дронов (СПбГУ) и Т.Ю. Толмачёва (ВСЕГЕИ), EX. Раевская (ВНИГРИ), Т. Саадре (Управление геологии Эстонии, Таллин), Т. Мейдла (Тартуский университет), Л. Айн-саар (Тартуский университет), Р. Эйнасто (Таллинский политехнический институт), У. Сту-рессон (Упсальский университет), Э. Эгерквист (Упсальский университет), А. Нильсен (Копенгагенский университет), Д. Харпер (Копенгагенский университет); студенты СПбГУ: И,В. Заварзин, Е.С. Искюль, АБ. Кирсанов и АА Гусева; волонтёры: Е.Д. Кишкович, АБ. Круса-нов, Д. В. Борхвардт и В.П. Фёдоров. Работы на острове Эланд в 1999 г. были организованы сотрудниками Улсальского университета Л, Холмером и У, Стурессоном, работы на Севзро-Эстонском глинте и на острове Вяйке-Пакри в 2001 г. - Т. Саадре и Р. Эйнасто. Неоценимую помощь в предоставлении требуемой для работы литературы оказали автору Т.Ю. Толмачёва, АБ. Дронов, СБ. Рожнов (ПИН РАН) и В Б, Кушлина (ПИН РАН), О. Вализер (Институт геологии и палеонтологии, Гёттинген), Р. Джонс (Общественный колледж, Остин), Л. Эйнса-ар, С, Егенхоф (Фрайбергская горная академия) и Ю. Буханченко (Университет г. Галле). Справиться с фотографированием микрообъектов помогли В. А. Кузнецов, Ю. С, Полехов-ский, А. Р. Нестеров {все из СПбГУ) и Т. Ю. Толмачёва. Отдельные фотографии были предоставлены 3. Эгерквист, Т. Саадре, М. Исакар (Тартуский университет). Определения фоссилий из иловых холмов были выполнены Л. Е, Поповым (ВСЕГЕИ), Т.Ю. Толмачёвой, Л.М. Мельниковой (ПИН РАН), Т. Мейдла, А, Нильсеном, Е. Егерквист, М. Исакар, СБ. Рож-новым и Е.Г. Раевской. Исследование минерального состава глин произведены Н.А. Калмы-
9 Кобой (СП6ГУ) и АА Кирсановым. Исследования образцов из иловых холмов методами бактериальной палеонтологии были предприняты П.Б, Кабановым (ПИН РАН),
Всем названным лицам автор глубоко и искренне признателен.
В разные годы финансовую поддержку работ осуществляли гранты Государственного комитета по делам науки и высшей школы № 2-11-3-4; Министерства высшего и среднего образования РФ № 9-3.1-5, РФФИ: № 98-05-65065; ФЦП «Интеграция» А0148; Шведского совета по научным исследованиям в области естественных наук (NFR) № GU 9708-329; а также проект IGSP 410 «The Great Ordovician Biodiversification Event». На завершающей стадии, работа была поддержана грантом Университеты России № 09.01.013.