Results of the study of the section "Yuzhnaya Rassolnaya" of the Takata formation in the territory of the Poludovo-Kolchimsky anticlinorium of the Western-Ural folding zone (Krasnovishersky district, Perm territory)

Full Text

Введение

Базальными отложениями верхнепалеозойского комплекса осадочного чехла, востока Восточно-Европейской платформы (ВЕП), конкретно территории Пермского края, является терригенная толща – такатинская свита эмсского яруса нижнего отдела девонской системы. Она залегает со стратиграфическим несогласием на породах верхнего протерозоя и нижнего палеозоя. Начало ее накопления связано с новым циклом седиментации, раннегерцинским этапом развития ВЕП. В такатинское время внутриплатформенное сжатие начинает спадать, и это событие отмечается возникновением изолированных интракратонных впадин, в которые происходил снос материала со слабо расчлененной равнины, которой являлась ВЕП, под действием гидросети, формирующей конусы выноса и обширные дельтовые системы на краю пассивной континентальной окраины.

Изучение такатинской свиты актуально, поскольку её отложения являются породами-коллекторами алмазов. С ней связаны как ранее открытые месторождения, так и перспективы обнаружения новых, приуроченных к Западно-Уральской зоне складчатости (ЗУЗС).

Целью работы является реконструкция условий осадконакопления и состава пород, источника сноса терригенных пород такатинской свиты по результатам изучения разреза «Южная Рассольная». Для достижения цели авторами выполнен следующий комплекс анализов: литолого-фациальный, петрографический и литогеохимический.

Фактический материал и методы исследования

Основанием работы послужило опробование терригенных пород такатинской свиты в разрезе «Южная Рассольная», расположенном на восточном фланге россыпного месторождения алмазов «Южная Рассольная» (N 60°23'13.2", E 57°39'29.9") в Красновишерском районе Пермского края. Тектонически разрез приурочен к Полюдово-Колчимскому антиклинорию Западно-Уральской зоны складчатости. Разрез представляет собой искусственную экскаваторную выработку, выполненную в коренных породах такатинской свиты. Снизу вверх по разрезу отобрано пять проб, послуживших материалом для исследования. Подробное описание разреза представлено на рис. 1.

 

Рис. 1. Местоположение района исследований. Разрез «Южная Рассольная» на карте Пермского края (А); разрез «Южная Рассольная» на космоснимке (В); Полюдово-Колчимский антиклинорий в составе Тимано-Североуральского региона (С), разрез «Южная Рассольная» и «Сухая Волынка» на фрагменте геологической карты Пермского края (D), легенду смотри в [11]

Fig. 1. Location of the study area. Position of the "Yuzhnaya Rassolnaya" section on the map of the Perm Territory (A); the "Yuzhnaya Rassolnaya" section on the satellite image (B), location of the Polyudovo-Kolchimsky anticlinorium in the Timano-Severouralsk region (C), position of the section on a fragment of the geological map of the Perm Territory (D), see the legend in [11]

 

При литолого-фациальном анализе авторы руководствовались наработками О.С. Черновой [1] и H.E. Reading [2], а также подходами, представленным в [3–8].

Петрографическое изучение шлифов проведено на поляризационном микроскопе Olympus BX51 (Япония) в проходящем свете с использованием методов скрещенных николей. Кроме этого, сделаны снимки шлифов в проходящем свете и в скрещенных николях при увеличении 50х и 100х (аналитик Е.М. Томилина).

Содержание породообразующих оксидов определено рентгенофлуоресцентным методом на спектрометре S8 Tiger (Bruker) (аналитик И.С. Федотов) [9]. Для анализа породообразующих элементов изготавливались стеклообразные диски путем плавления гомогенизированной смеси порошка из прокаленного материала пробы с боратами лития при температуре 1100 °C в платиновых тиглях в печи индукционного плавления.

Выявление примесных и микропримесных элементов (с содержанием <5 %) проведено посредством аттестованной методики определения элементов методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой согласно подходу СТО ТГУ 048-2012 [10] (аналитик Е.С. Рабцевич). Пределы обнаружения следовых количеств элементов составляют 0,001 г/т. Анализ выполнен методом ICP-MS на квадрупольном масс-спектрометре Agilent 7500cx (Agilent Technologies Inc., США) с использованием внутреннего (In Internal standard, Inorganic Ventures, США) и внешнего стандартов СГД-2А (ГСО 8670-2005).

История изученности

В 1930-е гг. коллектив геологов Башкирского геологического управления (Г.В. Вахрушев, Э.Х. Алкснэ, А.П. Тяжева, А.И. Олли) закартировал на Южном Урале базальную толщу девонской системы, залегающую с угловым и стратиграфическим несогласием на комплексе более древних пород [12]. По сообщению Б.М. Келлера [13], именно А.П. Тяжева описывала разрез в нижнем течении р. Таката (левый приток р. Зилим), по названию которой позднее была названа терригенная свита, распространенная на всем западном склоне Урала в ЗУЗС. Б.М. Келлер ввел термин «такатинская свита» в геологическую литературу в 1935 г. Позднее термин «такатинская свита, слои» появился и в Стратиграфическом словаре СССР [14]. На Северном Урале, в Колво-Вишерском крае, во время работ экспедиции ВНИГРИ (1949–1955 гг.) термином «такатинская свита» пользовался Н.Г. Чочиа с коллегами [15], по своему опыту работы на Южном Урале. Сотрудники экспедиции впервые выделили тринадцать разрезов такатинской свиты, в которых базальные отложения девона залегали на породах верхнего протерозоя – нижнего палеозоя. Особенное значение свита приобрела в первой половине 1960-х гг., когда в результате работ Съемочно-тематической экспедиции Пермского геологоразведочного треста под руководством А.Д. Ишкова было доказано, что базальные отложения такатинской свиты являются промежуточным коллектором алмаза и определяют алмазоносность аллювия современных рек и мезо-кайнозойских депрессий [16, 17].

С этого времени начинается планомерное научное изучение такатинской свиты как ведущими и региональными геологическими институтами и университетами (ВСЕГЕИ, ЦНИГРИ, Пермский политехнический институт, Пермский государственный университет и др.), так и производственными геологическими коллективами (Вишерагеология, Яйвагеология, Пермская геологоразведочная экспедиция и др.). Геологические сведения о такатинской свите, известные по фондовым и опубликованным работам, обобщены в статье. На этой основе проведено сопоставление уже известных фактов с новыми данными авторов, которые публикуются впервые.

Краткие сведения о такатинской свите

Такатинская свита эмсского яруса нижнего отдела девонской системы развита в Бельско-Елецкой структурно-формационной зоне западного Урала. Свита трансгрессивно залегает на верхнерифейских, вендских, ордовикских, силурийских отложениях. Трансгрессивный цикл начинается с грубообломочной толщи в основании разреза, не выдержанной по мощности и простиранию. Выделяются три типа такатинских отложений: западный, центральный (промежуточный) и восточный, различающиеся фациально. Заметим, что граница между западным (континентальным) и восточным (прибрежно-морским) типами разреза, по сути, фиксирует зоны высокой и низкой алмазоносности.

Палеогеографический план современного Красновишерского алмазоносного района в нижнем девоне следующий: 1) на северо-западе – крупная река с дельтовой субаэральной субаквальной частью, ориентированной на юго-восток; 2) фациальные переходы от аллювиальной равнины к морю таковы: субаэральная часть дельты – субаквальная часть дельты – осадки открытого шельфа, – эти фации прослеживаются на расстоянии первых десятков километров; 3) увеличение мощности осадков осуществляется по направлению с запада и северо-запада на восток и юго-восток, то есть от континентальной суши к палеобассейну такатинского времени. Алмазы тяготеют к базальным грубообломочным аллювиальным отложениям на палеоконтиненте или к самой кромке суши и моря. Отмечена аналогия с западным побережьем современной Намибии [18, 19].

Наиболее полный разрез такатинской свиты представлен на месторождении «Сухая Волынка», расположенном в 6 км юго-восточнее «Южной Рассольной». В этой же зоне расположено наиболее известное месторождение алмазов, приуроченное к базальной части такатинских отложений, – «Ишковский карьер», на котором в 2005 г. был получен самый крупный уральский алмаз – 35,4 карат. Разрез «Сухая Волынка» является типовым для всего Вишерского алмазоносного района, поэтому на нем следует остановиться несколько подробнее.

Типовой разрез такатинской свиты. Месторождение «Сухая Волынка»

Впервые разрез такатинской свиты на месторождении «Сухая Волынка» (N 60°20'56.6", E 57°40'02.8") описан в 2007 г. и публикуется впервые. Он представляет собой типичный трансгрессивный цикл терригенных отложений – от базальных грубообломочных пород (конгломераты и гравелиты) до алевролитов и аргиллитов. Рассмотрим их снизу вверх (рис. 2).

 

Рис. 2. Разрез «Сухая Волынка»: A – фото выхода горных пород на поверхность, базальные слои такатинской свиты; B – литифицированные конгломераты такатинской свиты, слой 3; C – литологическая колонка разреза; D – зарисовка разреза. Условные обозначения литологии: 1 – глина делювиальная с песком; 2 – песок с гравием и галькой; 3 – прослои зеленоватых алевролитов; 4 – песчаники зеленоватые; 5 – глина светло-зелёная; 6 – гравийный песок; 7 – песчаники светло-серые мелкозернистые; 8 – конгломераты, гравелиты, гравелито-песчаники светло-серые; 9 – дезинтегрированные конгломераты и гравелиты; 10 – доломиты светло-серые мелкокристаллические

Fig. 2. «Sukhaya Volynka» section: A – photo of the outcrop of rocks on the surface, bazal layers of the Takata formation; B – lithified conglomerate of the Takata formation, layer 3; C – lithological column of the section; D – sketch of the section. Lithology symbols: 1 – deluvial clay with sand; 2 – sand with gravel and pebbles; 3 – interlayers of greenish siltstones; 4 – greenish sandstones; 5 – light green clay; 6 – gravel sand; 7 – light gray, fine-grained sandstones; 8 – light gray conglomerates, gravelstones, gravelite-sandstones; 9 – disintegrated conglomerates and gravelstones; 10 – light gray dolomites, finely crystalline

 

Слой 1. Доломиты светло-серые, мелкокристаллические. Относятся к колчимской свите лландовери (S₁kl), подстилающей такатинскую свиту. Контакт с вышележащими терригенными отложениями нижнего девона отчетливый, резкий.

Слой 2. Конгломераты и гравелиты, частично расцементированные, общего желто-серого цвета, участками ожелезненные. Порода тектонически дезинтегрирована во фронтальной части надвига северо-восточной экспозиции, слабоглинистая, песчано-гравийно-галечная. Мощность 0,8 м.

Слой 3. Конгломераты, гравелиты, гравелито-песчаники светло-серые, кварцевые с редкими «окатышами» аргиллитов светло-зеленого цвета (0,5 м). Порода крепко сцементированная (рис. 2, В); гальки аллювиального генезиса. Матрикс пород мелкогравийно-песчаный кварцевый, сходный с петрографическим описанием вышележащих песчаников в этом же разрезе.

Слой 4. Песчаники светло-серые, мелкозернистые, кварцевые, средне-слоистые, очень крепкие (3,0 м).

Слой 5. Песчаники с примесью гравия, светло-желтовато-серые, кварцевые, тонкослоистые (1,0 м), частично дезинтегрированные.

Слой 6. Песчаники светло-серые, мелкозернистые, кварцевые, средне-тонко-слоистые, трещиноватые, в нижней половине слоя с линзами (0,4–0,6 м) слабосцементированных гравелитов и гравийных песчаников (3,0 м).

Слой 7. Песчаник красновато-серый, розовато-красный, мелкозернистый, кварцевый, тонкослоистый, трещиноватый, участками и по трещинам ожелезненный (2,5 м).

Слой 8. Аригиллит светло-зелёный, тонкослоистый, плотный, частично глинизированный, во влажном состоянии пластичный и вязкий, как глина (1,5 м).

Слой 9. Песчаники зеленоватые, мелкозернистые, кварцевые, тонкослоистые, трещиноватые, с прослоями зеленоватых алевролитов (2,5 м).

Слой 10. Элювий по песчаникам такатинской свиты, представленный щебнем и глыбками песчаников в песчаном, с гравием и галькой кварца, заполнителе; общий цвет породы желто-коричневый за счет пропитки гидроксидами железа; реликты тонкой слоистости сохраняются редко (0,5–1,5 м).

Слой 11. Глина делювиальная с песком, гравием, галькой, щебнем и глыбами коренных пород (0,5–1,5 м).

В 80-е гг. прошлого века базальные отложения такатинской свиты на участке «Сухая Волынка» были опробованы на алмазы геологоразведочным предприятием «Вишерагеология» (отв. исп. В.Я. Колобянин) [20, 21]. Результат оказался положительным, однако промышленное их значение установлено только в 2010 г. геологической службой ЗАО «Уралалмаз» (отв. исп. Н.Г. Калашников). Предшественники отмечали, что базальные конгломераты залегают в виде маломощных невыдержанных линз. Гранулометрический и минеральный состав конгломератов подтверждают наши собственные исследования, проведенные в последние годы. Грансостав конгломератов таков: галечного материала – 10–30 %, гальки средней и хорошей степени окатанности, эллипсоидные, яйцеобразные, реже изометричные; судя по морфологии, аллювиального генезиса. Петрографический состав галечного материала: белый непрозрачный жильный кварц, кварцевые песчаники, реже полевошпат-кварцевые песчаники. Галечный материал происходит из более древних толщ (верхнего рифея и венда, а также полюдовской свиты верхнего ордовика). Матрикс конгломератов – гравийно-песчаный, цемент глинистый и гидрослюдисто-железистый. Наибольшая мощность конгломератов наблюдается в восточной части Колчимской антиклинали Полюдово-Колчимского антиклинория, где расположены месторождения «Сухая Волынка» и Южная Рассольная». Сравнительно хорошая окатанность галек сопоставлена с дальностью переноса 40–50 км [22]. Питающая провинция представляется там, откуда поступал обломочный материал, перенесенный такатинскими реками, то есть с Русской плиты к северо-западу от Полюдово-Колчимского антиклинория (Волго-Уральский кратон Восточно-Европейской платформы). Примечательно, что предшественниками в базальных конгломератах такатинской свиты определены минералы кимберлитовых пород (минералы-спутники алмаза), встречающиеся очень редко. Минералы-спутники часто сильно изменены [23]; диагностика их в настоящее время требует заверки прецизионными методами.

Расположенные выше по разрезу кварцевые плохо сортированные гравелиты также встречаются в виде прослоев и линз. Крупнообъемное опробование гравелитов в разрезе «Сухая Волынка», проведенное ЗАО «Уралалмаз» в 2007 г., дало отрицательные результаты.

Покрывающие конгломераты и гравелиты песчаники являются кварцевыми светло-серыми мелко-среднезернистыми, равномерно- и неравномернозернистыми. Цемент песчаников регенерационный кварцевый, реже поровый, железистый и гидрослюдистый. Кроме кварца в незначительных количествах присутствуют обломки аргиллитов, кремневых пород и кварцитов. Разнозернистые и гравийные песчаники нередко содержат плоскую гальку («окатыши») зеленоватых аргиллитов, предположительно, из нижележащих отложений. Отличительной чертой некоторых разновидностей песчаников западного типа разреза такатинской свиты является присутствие в них обломков щелочных эффузивов [24]. Из аллотигенных минералов в основном присутствуют исключительно устойчивые к выветриванию. Характеристика минералов тяжелой фракции в основных типах пород такатинских слоев (песчаников, гравелитов и конгломератов) показывает в аутигенной части преобладание лимонита (8,0–37,3 %), а в аллотигенной – циркона (30,1–62,0 %), турмалина (4,0–13,4 %), лейкоксена (4,6–18,2 %), рутила (1,2–6,0 %). Очень редки моноклинные и ромбические пироксены, гранат-альмандин и пироп, монацит [25].

Алевролиты в такатинском разрезе «Сухой Волынки» светло-серые кварцевые с глинисто-хлоритовым порово-пленочным, в сочетании с базальным, цементом.

Завершается разрез аргиллитами зеленовато-серыми, нередко выветрелыми до глины гидрослюдистого состава [20, 26]. Залегают, как и алевролиты, в виде линз мощностью около 2,0 м.

Алмазоносными породами в разрезе «Сухая Волынка» являются базальные конгломераты такатинской свиты, как и во многих других разрезах Полюдово-Колчимского антиклинория: в Ишковском карьере и по р. Илья-Вож. Сюда же необходимо добавить разрезы в нижнем течении р. Большой Колчим, в верхнем течении р. Ефимовки и р. Северный Колчим [27]. Здесь они залегают со стратиграфическим и угловым несогласием, осложненным эпигерцинским тектоническим нарушением надвиговой природы, на доломитах колчимской свиты лландовери (нижнего отдела силура). Береговая линия размываемой палеосуши реконструируется по линии рр. Большой Колчим и Южная Рассольная (в современных координатах).

Такатинский возраст пород доказывается палинологическими данными, полученными по пробам из лигнитов базальной части такатинской свиты правобережья среднего течения р. Ухтым [28]. Здесь определен комплекс миоспор удовлетворительной сохранности: Retusotriletes cf. sterlibasch-evensis Tschibr., R. stylifer Tschibr., Azonomonoletes tuberculatus Tschibr. Помимо данных комплексов такатинская свита содержит спорово-пыльцевые комплексы с Retusotriletes absurdus Tschir b., R. microaculeatus Tschir b., Hymenozonotriletes endemicus var. Vanjaschkiensis Tschir b., характерные для такатинского горизонта Среднего и Северного Урала [29].

Описание разреза «Южная Рассольная»

Изучаемый разрез такатинской свиты вскрыт северо-западнее от посёлка Волынка, входящего в Красновишерский район Пермской области, где представлен в виде искусственной выработки (слив плотины), пройденной ЗАО «Уралалмаз». Местность, где породы выходят на поверхность, характеризуется значительной залесённостью и задернованностью (рис. 3). Геологическое описание составлено авторами в 2015 и 2022 гг., публикуется впервые.

 

Рис. 3. Разрез «Южная Рассольная»: A, B – фото искусственного обнажения пород такатинской свиты. Условные обозначения: 1 – номер слоя; 2 – точка отбора пробы и ее номер; 3 – фрагмент обнажения (гравелиты такатинской свиты), увеличенный на рис. 2, В

Fig. 3. «Yuzhnaya Rassolnaya» section: A, B – photo of the outcrop of rocks on the surface. Legend: 1 – layer number; 2 – sampling point and its number; 3 – fragment corresponding to the Fig. 2, B

 

Экскаваторная траншея шириной по верху несколько метров прорезана на глубину до 2 м, заужаясь на конус до 0,5 м. Общая длина искусственного обнажения до 50 м, однако большая его часть представляет собой трудно разборные осыпи, затянутые делювиальной глиной, нанесенной дождевыми потоками. Однако наиболее важная базальная часть разреза, откуда отобраны образцы пород, достаточно хорошо обнажена. Азимут падения слоев – СВ 70–80°, угол падения – 39°. Разворот такатинских пластов достаточно круто на восток говорит о том, что это фрагмент северо-восточного периклинального замыкания Колчимской антиклинали. В обычном для района моноклинальном залегании слои падают в северо-восточных румбах (20–50°) и более полого. Базальные такатинские отложения в данном обнажении представлены кварцевыми песчаниками и гравелитами, в основном крепкими скальными разностями. Контакты между слоями такатинских пород ровные, четкие, без следов размыва и перерыва. По сравнению с типовым разрезом такатинских пород, приведенным выше, в разрезе «Южная Рассольная» наблюдаются два отличия: 1) базальные слои подстилаются здесь отложениями нижнего девона (нерасчлененный лохковский и пражский ярусы), которые выделены предшественниками условно; мощность этих отложений – первые метры, они отвечают времени перерыва в геологической летописи региона на границе позднего силура и раннего девона; подстилающими породами для них, по данным бурения, являются доломиты силурийской системы; 2) базальными породами являются песчаники и гравелиты, а не конгломераты, как на «Сухой Волынке»; различия эти фациальные, зависящие от соответствующих аллювиальных отложений, в основном русловых или пойменных.

Послойное описание разреза «Южная Рассольная» дается снизу вверх.

Слой 1. Аргиллиты светлоокрашенные зеленовато-серые, голубовато-светло-серые выветрелые до глинистого состояния. В толще рассеяны небольшие стяжения (бобовины) гидрогетита. В кровле слой ожелезнен и приобретает ржаво-желтые тона (1,0 м). Аргиллиты залегают согласно с вышележащими породами – редкогалечными, гравийно-мелкогалечными конгломератами (гравелитами) и песчаниками. Условно относятся к нижнему девону [26]. Эти условно нижнедевонские отложения описываются как пачка голубовато-серых и желтых глин с примесью алевритового материала (от 10 до 50 %), а также пестроцветных и белых алевролитов, нередко содержащих овоиды гётита размером 1,5 см.

Слой 2. Песчаники кварцевые, светло-серые, желтовато-серые, тонкая слоистость подчеркнута ржаво-желтыми полосами ожелезнения (0,6 м).

Слой 3. Гравелиты (редкогалечные, мелкогалечно-гравийные конгломераты) кварцевые. В подошве (0,2 м) конгломераты частично дезинтегрированы. Каркас пород составляют редкие гальки кварцевых песчаников и жильного кварца гравийной и мелкогалечной размерности (около 30 %), окатанность галек по пятибалльной шкале средняя и хорошая. Наблюдаются характерные для древних конгломератов глубокие «ямки-вдавливания». Матрикс пород мелкогравийно-песчаный кварцевый, по петрографическому описанию, сходный с описанием песчаников этого же разреза. Мощность около 0,3 м.

Слой 4. Гравийные песчаники светло-серые, желтовато-серые, кварцевые, тонкослоистые, ожелезненные (1,0 м). Слой, по сути, является переходным от гравелитов к песчаникам.

Слой 5. Крепкие кварцевые песчаники светло-желтовато-серые мелко-среднезернистые, тонко-среднеслоистые. Элементы залегания нижележащего слоя гравелитов и вышележащего слоя песчаников пространственно совпадают, хотя и несколько «играют», учитывая, что они находятся в северо-восточном периклинальном замыкании Колчимской антиклинали (азимуты падения 70–80°, углы падения 25–39°). Мощность 0,7 м.

Литологическое описание разреза такатинской свиты в пределах Красновишерского района ранее выполнялось также Ю.Р. Беккером с соавторами [25]. Описанные ими разрезы в основании свиты представлены слоем песчаников тонкозернистых кварцевых с прослоями алевролитов, однако гравий и галька в составе отсутствуют, а сами породы залегают на тёмно-бурых глинах (1,6 м) – продуктах выветривания силурийских доломитов. Описанные Ю.Р. Беккером слои характеризуют еще одну фациальную разновидность пород такатинской свиты в ее основании. Данный разрез обладает значительно большей мощностью, чем сходные по литологии интервалы разреза «Южная Рассольная», что объясняется прибрежно-морскими и морскими условиями осадконакопления.

Петрографическая характеристика

Минеральный состав терригенных пород такатинской свиты в соответствии с классификацией по Н.В. Лонгвиненко отвечает полевошпат-кварцевым и граувакковым песчаникам (рис. 4). Для полевошпат-кварцевых песчаников характерна псаммитовая структура с размерами зерен 0,1–0,8 мм. Преобладают 0,2–0,26 мм (рис. 5, А). Степень сортировки средняя. Зерна неправильной, субизометричной, слабоудлиненной формы. Среди обломков различаются полуокатанные (70–80 %), окатанные обломки (15–20 %) отмечаются неокатанные (5 %) (рис. 5, В). Для пород характерен кварцевый регенерационный цемент (рис. 5, С).

 

Рис. 4. Классификационная диаграмма для терригенных пород такатинской свиты, по [30]

Fig. 4. Classification diagram for terrigenous rocks of the Takata formation according to [30]

 

Рис. 5. Микрофотографии шлифов терригенных пород такатинской свиты:% А – псаммитовая структура с преобладающими размерами зерен 0,2–0,26 мм, фрагмент шлифа без анализатора; В – песчаник разнозернистый с зернами кварца и обломками пород разной степени окатанности, преобладают полуокатанные, реже окатанные, неокатанные, фрагмент шлифа без анализатора; С – кварцевый регенерационный цемент, фрагмент шлифа без анализатора; D – бесцементное контактное соединение зерен кварца и обломков пород, которое характеризуется конформной структурой; единичное зерно циркона, фрагмент шлифа с анализатором; E – пленочно-поровый глинистый цемент, преимущественно гидрослюдистый; обломки кварцитов, фрагменты шлифов без анализатора. Первый ряд николи прямые, второй ряд николи скрещенные

Fig. 5. Micrographs of thin sections of terrigenous rocks of the Takata formation: A – psammite structure with prevailing grain sizes of 0.2–0.26 mm, section fragment without analyzer; B – inequigranular sandstone with quartz grains and fragments of rocks of different degrees of roundness; С – quartz regeneration cement, section fragment without analyzer; D – cementless contact connection of quartz grains and rock fragments, which is characterized by a conformal structure; a single grain of zircon, a fragment of a thin section with an analyzer; E – film-pore clayey cement, predominantly hydromicaceous; fragments of quartzites, fragments of thin sections without analyzer. The first row of nicolis are straight, the second row of nicolis are crossed

 

В единичных случаях в отдельных порах развивается каолинит, плохо раскристаллизованный, с примесью гидрослюды. Обломочный материал представлен зернами кварца (83 %), зернами полевых шпатов (1 %), обломками пород различного генезиса (16 %): преобладают обломки кварцитов, единичные обломки кремневых пород, алевролитов и пород глинистого состава. В породах диагностированы минералы, характерные для магматических пород кислого и среднего составов: циркон, сфен, лейкоксен (рис. 6). Аутигенные минералы: единичные чешуйки гидрослюды размером менее 0,05 мм, гематитизированный пирит размером 0,006–0,03 мм. Постседиментационные преобразования: структура вдавливания и образование конформных структур за счет регенерации кварца и уплотнения обломков.

Для граувакковых песчаников характерна псаммитовая структура с размерами зерен 0,1–0,8 мм. Единичные зерна размером 1,6–2,0 мм. Преобладают 0,2–0,25 мм. Зерна неправильной, субизометричной, слабоудлиненной формы. Среди обломков различаются полуокатанные (70–80 %), окатанные обломки (15–20 %) отмечаются неокатанные (5 %). Сортировка средняя. Для пород характерен смешанный тип цементации. Во-первых, регенерационный кварцевый цемент и бесцементное контактное соединение зерен кварца и обломков пород, которое характеризуется конформной структурой (рис. 5, D). Во-вторых, пленочно-поровый глинистый цемент, преимущественно гидрослюдистый (рис. 5, E). Неравномерно в отдельных порах развивается каолинит, плохо и средне- раскристаллизованный, с примесью гидрослюды. Обломочный материал представлен зернами кварца (68 %), зернами полевых шпатов (1 %), обломками пород различного генезиса (31 %): обломки кварцитов (рис. 5), кремневых пород, единичные обломки алевролитов, глинистых пород и пород кремнисто-слюдистого состава. В породах диагностированы минералы, характерные для магматических пород кислого состава: циркон (рис. 6), титанит, лейкоксен. Аутигенные минералы: минералы цемента, изометричный пирит размером 0,01 мм и единичные неправильные скопления микрокристаллического пирита размером 0,25 мм, распределенные неравномерно по площади шлифа. Постседиментационные преобразования: редкие крустификационные каемки на обломках и на зернах, структура вдавливания и образование конформных структур за счет регенерации кварца и уплотнения обломков.

 

Рис. 6. Фототаблица микрофотографий шлифов терригенных пород такатинской свиты

Fig. 6. Phototable of micrographs of thin sections of terrigenous rocks of the Takata formation

 

Петрогенные оксиды

Содержания петрогенных оксидов и рассчитанные значения основных химических индексов CIA [31] и ICV [32] приведены в таблице.

Такатинская свита. Содержания оксидов в терригенных породах варьируется в пределах: SiO₂=94,0–96,6, TiO₂=до 0,08, Al₂O₃=0,7–1,1, Fe₂O₃=0,3–1,9, MgO=0,1–0,2, CaO=0,1–0,3, Na₂O=до 0,1, K₂O=до 0,2 мас. % (таблица). На классификационной диаграмме Ф. Петтиджона фигуративные точки состава песчаников располагаются в поле кварцевых аренитов (рис. 7, A). На диаграмме (рис. 7, B) видно, что фигуративные точки составов песчаников расположены в поле значений характерных для незрелых слабо выветрелых пород CIA (53–65) и ICV (1,46–2,74).

 

 

Рис. 7. Положение фигуративных точек на диаграммах Ф. Петтиджона (A) [34]; Диаграмма CIA (индекс химического выветривания) [31]/ICV (индекс зрелости осадков) (B) [32]; Спектры распределения РЗЭ (C), нормированные по хондриту [33]; Палеогеодинамическая дискриминационная диаграмма F1–F2 М. Бхатиа (D) [35]; Дискриминационные диаграммы для определения состава источника сноса; (E) – диаграмма Zr/Sc–Th/Sc [36]

Fig. 7. Position of figurative points on F. Pettijohn's diagrams (A) [34]; Chart CIA (Chemical Weathering Index) [31]/ICV (Precipitation Maturity Index) (B) [32]; REE distribution spectra (C) normalized to chondrite [33]; Paleogeodynamic discrimination diagram F1–F2 of M. Bhatia (D) [35]; Discrimination diagrams for determining the composition of the drift source; (E) Zr/Sc–Th/Sc diagram [36]

 

Редкоземельные элементы

Содержание редких и редкоземельных элементов (РЗЭ) в изученных образцах такатинской свиты представлено в таблице. Для наглядного представления особенностей распределения этих элементов проведено их нормирование на хондрит [33].

 

Таблица. Петрохимический состав и содержания редких и редкоземельных элементов в терригенных породах такатинской свиты

Table. Petrochemical composition and content of rare and rare earth elements in terrigenous rocks of the Takata formation

№ пробы Sample no.	Tkt-1	Tkt-2	Tkt-3	Tkt-4	Tkt-5
Литология Lithology	Песчаник Sandstone
Компонент, мас. % Component, wt %	Такатинская свита Takata formation
SiO2	95,78	95,76	96,63	94,08	95,31
TiO2	0,05	0,06	0,05	0,09	0,08
Al2O3	0,82	0,81	0,77	1,04	1,14
Fe2O3	0,91	1,01	0,30	1,97	0,82
MnO	0,10	0,10	0,08	0,09	0,07
MgO	0,17	0,16	0,17	0,22	0,24
CaO	0,21	0,14	0,15	0,32	0,16
Na2O	0,06	0,07	0,06	0,08	0,12
K2O	0,09	0,07	0,07	0,17	0,24
P2O5	0,04	0,04	0,03	0,04	0,04
п.п.п/p.p.p.	0,58	0,64	0,40	0,71	0,55
Сумма/Sum	98,79	98,85	98,73	98,82	98,79
SiO2/Al2O3	116,80	117,93	125,65	90,20	83,31
K2O/Na2O	1,47	0,99	1,14	2,10	2,04
СIA	59,18	64,58	62,68	53,50	60,18
ICV	1,80	1,86	1,05	2,74	1,46
ppm
Sc	0,90	0,68	0,44	0,84	1,12
Zr	16,65	14,36	14,34	18,61	17,67
Th	1,13	1,26	1,06	2,30	2,66
La	9,28	8,42	7,08	6,81	13,67
Ce	18,45	16,14	13,38	14,72	31,14
Pr	2,23	1,94	1,58	1,71	3,48
Nd	7,88	6,93	5,50	6,35	11,95
Sm	1,13	1,01	0,79	1,05	1,46
Eu	0,15	0,14	0,10	0,14	0,17
Gd	0,80	0,70	0,56	0,77	1,01
Tb	0,12	0,11	0,09	0,12	0,16
Dy	0,58	0,52	0,45	0,59	0,75
Ho	0,12	0,11	0,10	0,13	0,15
Er	0,34	0,29	0,26	0,36	0,43
Tm	0,04	0,04	0,03	0,04	0,05
Yb	0,35	0,31	0,31	0,41	0,44
Lu	0,05	0,04	0,04	0,05	0,06
Eu/Eu*	0,48	0,49	0,45	0,48	0,43
(La/Yb)n	17,96	18,04	15,48	11,09	20,72
(La/Sm)n	5,18	5,26	5,67	4,08	5,90
(Gd/Yb)n	1,85	1,80	1,47	1,49	1,84

Примечания/Notes: CIA=[Al₂O₃/(Al₂O₃+CaO+Na₂O+K₂O)]×100; ICV=(TiO₂+Fe₂O₃+MnO+MgO+CaO+K₂O+Na₂O)/Al₂O₃; Eu/Eu*=(Eun)/((Sm)n˟(Gd)n)1/2; (La/Yb)n, (La/Sm)n (Ga/Yb)n – отношения, нормированные по хондриту/ratios normalized by chondrite [22].

 

Для пород такатинской свиты обнаруживаются фракционированные спектры распределения РЗЭ (Lan/Ybn=11,09–20,72) и обогащение легкими лантаноидами (Lan/Smn=4,08–5,09) относительно тяжелых (Gdn/Ybn=1,47–1,85). На спектрах распределения РЗЭ для пород такатинской свиты фиксируется ярко выраженная отрицательная европиевая аномалия (Eu/Eu*=0,43–0,49) (рис. 7, C).

Обсуждение результатов

Перед обсуждением результатов авторы работы считают необходимым изложить свою точку зрения на первоисточник алмазов.

Первоисточники алмазов на Урале не установлены, однако известно, что сами алмазы кимберлитового генезиса. По-прежнему актуальным остается вопрос о месте и времени кимберлитового магматизма. Вслед за большинством уральских геологов, начиная с А.Д. Ишкова [16], мы считаем, что гипотетические кимберлитовые трубки имеют докембрийский возраст и внедрялись на северо-восточной (в современных координатах) окраине Русской плиты. По материалам бурения параметрических скважин известно, что кристаллический фундамент Волго-Уральской кратонизированной части Восточно-Европейской платформы представлен разнообразными гранитами, амфиболитами, гнейсами, зеленокаменными породами основного состава (метабазальтами) и т. д. Именно эти горные породы размывались в позднем протерозое и в раннем палеозое, поставляя обломочный материал для формирующихся на стадии седиментогенеза палеозойских пород. По известному правилу Клиффорда, кратонизированные части древних платформ являются благоприятными областями для кимберлитового магматизма в периоды тектоно-магматической активизации. Устанавливая питающую провинцию для палеозойских осадочных комплексов, мы можем предполагать и первоисточники алмазов для уральских алмазоносных россыпей. Таким образом, можно констатировать, что кимберлитовый генезис уральских алмазов установлен по самим алмазам, а место и время кимберлитового магматизма предполагаются по косвенным данным, в число которых входит и изучение алмазоносных промежуточных коллекторов.

Генетическая типизация терригенных пород такатинской свиты, проведенная с использованием системы индексов CIA/ICV [31, 32, 37, 38], позволила аттестовать песчаники как незрелые осадки. При этом образец Tkt-3 с показаниями ICV (1,05) близок к оси разделения осадков на зрелые и не зрелые.

Песчаники такатинской свиты, которые характеризуются в целом средней степенью сортировки и окатанности, преимущественно полевошпат-кварцевого и грауваккового состава, содержание обломков пород достигает 31 %. Помимо кварцитов и кремнисто-слюдистых пород присутствуют обломки алевролитов и кремнистых пород, что свидетельствует о поступлении продуктов выветривания нижележащих осадочных пород протерозоя и раннего палеозоя.

В публикации [39] авторами проведен количественный минералогический анализ тяжелой фракции пробы Тк_1, который выполнен по двум гранулометрическим классам: 0,5–0,25 и 0,25–0,1 мм. Выход тяжелой фракции низкий: 0,09 и 0,56 мас. %, соответственно. Преобладающим минералом является лейкоксен 83,1/78,7 %, затем идет циркон 2,9/6,7 %, турмалин 7,2/2,5 %, ильменит 5/2,5 %, анатаз 0,4/8,3 % и др. минералы. Анализ обломочной части и акцессорных минералов, полученных по результатам петрографии и количественного минералогического анализа, показал, что в области источника разрушались преимущественно метаморфические и магматические породы кислого состава, при этом существовал источник пород основного состава.

Для пород фиксируется наличие отрицательной европиевой аномалии. Характер распределения спектров РЗЭ подтверждает сделанные выводы по результатам петрографических и минералогических исследований о преимущественно кислом составе пород в области источника сноса.

Присущие в терригенных породах значения отношений Zr/Sc и Th/Sc указывают, в соответствии с представлениями [37], на то, что в их составе доминирует материал первого цикла седиментации, источником которого были магматические породы преимущественно кислого состава (рис. 7, E).

Полученный результат не противоречит имеющимся представлениям о происхождении терригенных пород такатинской свиты. В настоящее время основным источником сноса терригенного материала считаются внутренние районы ВЕП.

В конце раннего девона в западноуральский бассейн сносился терригенный материал за счет разрушения древних (>1,9 млрд лет) комплексов магматических и метаморфических пород приподнятых блоков фундамента, в строении которых участвовали только архейские и палеопротерозойские кристаллические комплексы [40, 41]. Временной интервал между формированием пород такатинской свиты и U-Pb изотопным возрастом самого молодого циркона, выделенного из них, составляет около 1,5 млрд лет [42].

Накопления пород шло в обстановках пассивной континентальной окраины, что подтверждается расположением фигуративных точек на палеогеодинамической диаграмме М. Бхатиа [35] (рис. 7, D).

Рассматриваемый стратиграфический интервал приурочен к тракту низкого стояния уровня моря такатинско-койвинского суперсеквенса. В такатинское время фиксируется региональный локальный минимум относительного уровня моря, сопряженный с континентальными и переходными обстановками осадконакопления [43, 44].

Заключение

В результате исследования авторами приведено детальное геологическое описание разреза «Южная Рассольная», который сопоставлен с типовым разрезом такатинских пород. В результате сопоставления отмечено, что базальными отложениями разреза «Южная Рассольная» являются гравелиты, а не конгломераты, как в типовом разрезе «Сухая Волынка». Оба разреза презентуются в печати впервые.

Формирование отложений происходило в переходной обстановке осадконакопления. Снизу вверх наблюдается трансгрессивная последовательность.

Терригенные породы такатинской свиты имеют в своем составе породы первого и второго циклов седиментации. Образовались за счет разрушения как первично-магматических (кислого и основного состава) и метаморфических, так и осадочных пород.

Совокупность вещественных характеристик терригенных пород такатинской свиты, с учетом опубликованных данных, позволила предположить, что седиментация пород происходила на пассивной континентальной окраине, при поступлении обломочного материала за счет размыва внутренних приподнятых блоков фундамента ВЕП, активизация которых произошла в эмсское время при проявлении общелитосферной складчатости. Анализируемый песчаный материал преодолел значительное расстояние от источника сноса до бассейна седиментации. При его транспортировке водными потоками происходила эрозия в первую очередь осадочных пород дотакатинского времени, а именно верхнего протерозоя и раннего палеозоя. Именно в составе обломков конгломератов наблюдаются продукты разрушения «местных» осадочных пород.

Комплекс прецизионных исследований коренных пород такатинской свиты на месторождении «Южная Рассольная» выполнен авторами впервые.

About the authors

Yury G. Paktovsky

A.M. Gorky Perm State National Research University

Author for correspondence.
Email: urijpaktovskij65@gmail.com

Cand. Sc., Associate Professor

Russian Federation, 15, Bukirev street, Perm, 614990

Aleksey V. Plusnin

University of Tyumen

Email: a.v.plyusnin@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2386-0287

Cand. Sc., Senior Researcher

Russian Federation, 23, Lenin street, Tyumen, 625003

Elena M. Tomilina

A.M. Gorky Perm State National Research University

Email: tomilinaelena.psu@yandex.ru

Senior Lecturer

Russian Federation, 15, Bukirev street, Perm, 614990

Dmitry A. Staroselets

University of Tyumen

Email: d_star1997@mail.ru

Postgraduate Student

Russian Federation, 23, Lenin street, Tyumen, 625003

Igor V. Afonin

National Research Tomsk State University

Email: heaven05@list.ru

Cand. Sc., Senior Researcher

Russian Federation, 36, Lenin avenue, Tomsk, 634050

Evgenia S. Rabtsevich

National Research Tomsk State University

Email: evgenia882-a@mail.ru

Cand. Sc., Research Engineer

Russian Federation, 36, Lenin avenue, Tomsk, 634050

Alexander I. Sulima

A.M. Gorky Perm State National Research University

Email: super.sulima2013@yandex.ru

Applicant

Russian Federation, 15, Bukirev street, Perm, 614990

Vitaly A. Chuiko

Almayning LLC

Email: vchujko@mail.ru

Chief Geologist

Russian Federation, 35, Kronstadtskaya street, Perm, 614081

References

Supplementary files