Lithological and geochemical characteristics and sedimentary environments of the Cambrian high-carbon deposits in the east of the Siberian platform (Kyulenke river basin)

Full Text

Введение

Высокоуглеродистые отложения на сегодняшний день являются объектом повышенного внимания в первую очередь как потенциальные источники углеводородов, хотя нередко с ними связаны и другие полезные ископаемые, такие как редкие и благородные металлы, уран, фософориты и др. [1–5 и др.]. В литературе используются разные понятия для их обозначения: «доманиковые свиты», «доманикиты», «доманикоиды», «черные сланцы» и т. д. Все эти термины относятся к осадочным образованиям глинистого, карбонатно-глинистого, кремнисто-глинистого или карбонатно-кремнисто-глинистого состава, обогащенным органическим веществом (ОВ) [6, 7 и др.]. Отложения подобного типа широко развиты в кембрийском осадочном комплексе на востоке Сибирской платформы. Они выделены в куонамскую битуминозную карбонатно-сланцевую формацию, объединяющую одноименную свиту и её возрастные аналоги [7–9].

Куонамская свита распространена на большей части Анабарской антеклизы, где довольно детально исследована в районах выхода на дневную поверхность. Однако литолого-геохимические особенности её погруженных горизонтов, вскрытые немногочисленными скважинами, освещены пока ещё недостаточно. Кроме того, среди исследователей до сих пор нет единого мнения относительно морфоструктуры и глубины куонамского бассейна. Согласно модели, предложенной в 1970 г. А.Э. Конторовичем и В.Е. Савицким, накопление куонамского комплекса проходило в мелководном хорошо аэрируемом бассейне в условиях гумидного климата [10]. В дальнейшем эта идея получила широкую поддержку [7, 8 и др.]. При этом одновременно с ней было высказано предположение о глубоководном генезисе куонамских отложений [11]. Последующее поступление новых данных, комплексный анализ результатов различных геолого-геофизических исследований и применение фациально-седиментационного моделирования позволили сторонникам данной гипотезы достаточно убедительно обосновать наличие на востоке Сибирского кратона глубоководного некомпенсированного окраинно-депрессионного бассейна с аноксичной средой [9, 12]. Тем не менее окончательного признания этот вариант не получил, и ряд авторов по-прежнему продолжают придерживаться модели мелководной седиментации куонамской свиты [13, 14]. Очевидно, что для преодоления этих разногласий необходимы дополнительные исследования.

Материалы и методы

Объектом данного исследования стали высокоуглеродистые отложения куонамской свиты, вскрытые поисковыми скважинами на восточной окраине Мунского сводового поднятия [15] в бассейне р. Кюленке (рис. 1).

 

Рис. 1. Обзорная карта района исследований [15]. Границы структур: 1 – надпорядковых, 2 – I порядка; 3 – район исследований; 4 – изученные разрезы. Структуры: 1 – Анабарский мегасвод, 2 – Оленёкский свод, 3 – Мунский свод, 4 – Суханская впадина

Fig. 1. Overview map of the study area [15]. Borders of structures: 1 – supra-order, 2 – I order; 3 – study area; 4 – studied sections. Structures: 1 – Anabar mega arch, 2 – Olenyok arch, 3 – Mun arch, 4 – Sukhan depression

 

Литологическое изучение куонамских отложений базировалось на детальном описании керна четырёх скважин, петрографического анализа шлифов (80 образцов) и данных сканирующей электронной микроскопии с применением ренгеноспектрального микрозонда. Дополнительно для уточнения вещественного состава и обстановок седиментации учитывались результаты геохимических исследований (75 образцов): рентгенофлуоресцентного анализа с определением основных породообразующих окислов, рентгеноструктурного анализа глинистой фракции, микроэлементного анализа методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP–MS), анализа методом мокрой химии содержания серы сульфатной и сульфидной, а также форм железа, выполненных в аналитическом центре Института геологии и минералогии Сибирского отделения (СО) Российской Академии наук (РАН). Содержание в породах органического углерода определялось в лаборатории геохимии нефти и газа Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН.

Результаты литологических исследований

В рассматриваемом районе осадочный чехол состоит из верхнепротерозойско-кембрийских терригенно-карбонатных отложений и несогласно перекрывающих их четвертичных алевро-песчаных образований. Возрастной диапазон куонамской свиты охватывает верхнюю часть ботомского яруса, тойонский ярус нижнего кембрия и нижнюю часть амгинского яруса среднего кембрия [9]. В изученных разрезах куонамская свита согласно залегает на глинистых известняках эмяксинской свиты и характеризуется выдержанными строением и мощностью около 30 м (рис. 2). В её составе выделяются четыре литолого-стратиграфических горизонта [7].

 

Рис. 2. Строение и состав куонамской свиты (на примере одной из скважин). 1, 2 – известняки: 1 – глинистые, 2 – с фаунистическим детритом; 3–5 – смешанные породы: 3 – кремнисто-карбонатные, 4 – глинисто-кремнисто-карбонатные, 5 – карбонатно-глинисто-кремнистые; 6–8 – силициты: 6 – глинисто-карбонатные, 7 – карбонатные, 8 – с примесью карбонатного материала <5 %; 9 – аргиллиты; 10–13 – преобладающий состав пород в разных пачках: 10 – карбонатный, 11 – кремнисто-карбонатный, 12 – кремнисто-глинистый, 13 – кремнистый

Fig. 2. Structure and composition of the Kuonamka formation (on the example of one of the wells). 1, 2 – limestones: 1 – argillaceous, 2 – with faunal detritus; 3–5 – mixed rocks: 3 – siliceous-carbonate, 4 – argillaceous-siliceous-carbonate, 5 – carbonate-clay-siliceous; 6–8 – silicites: 6 – clay-carbonate, 7 – carbonate, 8 – with carbonate material <5%; 9 – mudstones; 10–13 – prevailing composition of rocks in different members: 10 – calcareous, 11 – siliceous- calcareous, 12 – siliceous-argillaceous, 13 – siliceous

 

Нижний бороулахский горизонт, соответствующий пачке I, имеет мощность около 8 м и представлен переслаиванием чёрных глинисто-кремнистых и глинистых, неравномерно карбонатизированных пород. Наблюдается постепенное снижение глинистости пачки в результате уменьшения мощности прослоев аргиллитов от 0,3–1,1 м в основании разреза до 0,01–0,05 м в верхней части. Для глинисто-кремнистых пород характерна тонкая (≤10 мм) линзовидно-горизонтальная слоистость, обусловленная неравномерным распределением карбонатного, кремнистого, глинистого и органического вещества (рис. 3, а). Содержание кремнезёма изменяется от 35 до 50 %. Глинистый материал в количестве 20–35 % представлен иллитом. В составе карбонатной примеси, количество которой не превышает 15 %, присутствуют кальцит и доломит. Концентрация органического углерода (С_орг.) по всему разрезу высокая (8–10 %).

 

Рис. 3. Основные типы пород куонамской свиты: а) кремнисто-глинистая слабо карбонатизированная порода с высоким содержанием Сорг. (7 %) и нечеткой микрослоистостью (бороулахский горизонт); б, в) силициты с детритом кремниевых организмов (С) и бактериально-водорослевыми остатками (В). Примесь карбонатного материала 1–5 %, содержание Сорг. 6–8 % (нижняя пачка амыдайского горизонта); г) глинисто-карбонатно-кремнистая порода с содержанием Сорг. 5 %, послойной концентрацией карбонатного материала, бактериально-водорослевым и фаунистическим детритом (верхняя пачка амыдайского горизонта); д) известняк микрокристаллический с редко рассеянным скелетным детритом (малокуонамский горизонт); е) глинисто-кремнисто-карбонатная порода с микролинзовидной слоистостью за счет обособлений карбонатного материала в глинисто-кремнистой матрице, обогащенной ОВ (Сорг. 3 %, маспакыйский горизонт)

Fig. 3. The main types of rocks of the Kuonamka Formation: a) siliceous-argillaceous low carbonatized rock with a high content Corg. (7%) and illegible microlayering (Boroulakh horizon); b, c) silicites with detritus of silicic organisms (C) and bacterial-algal remnants (C). Admixture of carbonate material 1–5%, Corg. content 6–8% (lower member of the Amydai horizon); d) argillaceous-carbonate-siliceous rock with Corg. content 5%, layered concentration of carbonate material, bacterial-algal and faunal detritus (upper member of the Amydai horizon), e) microcrystalline limestone with sparsely scattered skeletal detritus (Malokuonam horizon); f) argillaceous-siliceous-carbonate rock with microlenticular lamination caused segregation of carbonate material in a argillaceous-siliceous matrix enriched in organic matter (Corg. 3%, Maspakiy horizon)

 

В основании горизонта наблюдается довольно существенная примесь обломков кварца, полевых шпатов и реже мусковита пелитово-алевритовой размерности, доля которой вверх по разрезу постепенно снижается от 5 до 1 %. Достаточно широко развита пиритизация (4–5 %). Пирит присутствует в виде неравномерно рассеянных мелких зерен и стяжений (от долей мм до 2–3 мм), нередко минерализует органическое вещество. Следует отметить, что в обнажениях (в том числе в долине р. Кюленке) в основании горизонта залегает пласт аргиллитов с конкрециями фосфоритов [7]. В изученных разрезах фосфатные конкреции не зафиксированы, что связано, по-видимому, с неполным выносом при бурении тонкослоистых листоватых аргиллитов. Ввиду того, что бороулахский горизонт отличается повышенными содержаниями глинистого, углеродистого и фосфатного вещества, он принят в качестве маркирующего [7, 16].

Вышележащий амыдайский горизонт характеризуется наибольшей мощностью (18–21 м), преобладанием кремнистой составляющей и двучленным строением. Нижняя пачка II сложена силицитами с примесью карбонатного материала и прослоями кремнистых известняков. Породы чёрные углеродистые, микроскопически линзовидно-горизонтальнослоистые за счет неравномерного распределения кремнистого, карбонатного и органического вещества (рис. 3, б, в). Карбонатная составляющая силицитов изменяется от 3–5 до 35 % и представлена в основном кальцитом, в меньшей степени доломитом. Содержание Сорг. меняется от 2 до 14 %, преобладающее 3–5 %. Примесь глинистого материала незначительная, в основном 2–4 %. В верхней пачке III глинистой примеси становится больше (7–15 %), возрастает роль карбонатной компоненты с доминированием доломита (10–40 %) и начинают преобладать смешанные глинисто-карбонатно-кремнистые и глинисто-кремнисто-карбонатные породы (рис. 3, г). Концентрация ОВ становится ниже, в целом 2–3 %, за исключением единичного прослоя глинисто-кремнистого известняка в приподошвенной части, где содержание С_орг. достигает 17 %. Повсеместно присутствует пирит (1–3 %) в виде тонкой сыпи, глобулей и линзовидных стяжений (до 0,7 мм), часто приуроченных к детритовому ОВ.

Следующий малокуонамский горизонт (пачка IV), несмотря на малую мощность (0,3–1,7 м), тоже рассматривается в качестве маркирующего, поскольку отличается исключительно известковым составом и прослеживается на всей площади развития свиты [1, 4, 9]. В изученных разрезах горизонт мощностью 1,0–1,5 м представлен серыми глинистыми, участками слабо окремненными известняками с примесью фаунистического детрита (рис. 3, д), значения Cорг. в которых меньше 1 %.

Завершает разрез пачка V мощностью 3–4 м, относящаяся к маспакыйскому горизонту, сложенная темно-серыми до чёрных глинисто-кремнисто-карбонатными горизонтально-тонкослоистыми породами с прослоями черных известковистых аргиллитов. В смешанных породах слоистость обусловлена чередованием слойков (0,5–10,0 мм) с преобладанием глинистого, кремнистого или карбонатного материала (рис. 3, е).

Содержание кремнезёма изменяется в пределах 20–35 %, кальцита 20–45 %, доломита 15–20 %, а глинистого материала от 7 до 25 %. ОВ присутствует в количестве 2–3 %, редко 4 %. Пирит (≤4 %) встречается в виде хаотично рассеянных зерен и мелких скоплений (0,1–0,5 мм), преимущественно в ассоциации с ОВ.

Перекрываются углеродистые отложения куонамской свиты светло-серыми и пестроцветными глинистыми известняками с остатками разнообразной фауны оленёкской свиты. Содержание ОВ в них резко падает до 0,5 % и ниже.

Анализ строения и состава куонамской свиты показал, что в ней присутствует три основных породообразующих компоненты: глинистая, кремнистая и карбонатная, соотношения между которыми в каждом горизонте различны. В нижнем бороулахском горизонте преобладает глинистый материал, в амыдайском горизонте доминирует кремнистая составляющая, верхние малокуонамский и маспакыйский горизонты отличаются высоким содержанием карбонатного вещества.

Среди глинистых минералов аргиллитов и смешанных пород по данным рентгеновского анализа наиболее распространены иллит, смектит и смешанослойные образования ряда иллит–смектит. В меньшем количестве присутствует хлорит, причем в основном он концентрируется в бороулахском горизонте. Преобладание смектита и иллита при отсутствии каолинита указывает на существенную удаленность источника сноса. Об этом же свидетельствует незначительное содержание терригенных обломков исключительно алевритовой размерности.

В карбонатной части зафиксировано два минерала: кальцит и доломит, преимущественно тонко-микрокристаллические, в большинстве случаев присутствующие совместно. Иногда встречается яснокристаллический кальцит, выполняющий остатки скелетной фауны, состав которой из-за очень мелких размеров (≤0,2 мм) определить затруднительно (рис. 4, а). Судя по незначительной примеси фаунистического детрита, накопление карбонатного вещества в большей степени было связано с привносом тонкозернистого материала из достаточно удаленных мелководных областей, чем с отмиранием планктонных организмов. Только в малокуонамское время наблюдается некоторое увеличение содержания скелетных остатков.

Кремнезём представлен тонкозернистым агрегатом в виде смеси тонкокристаллического кварца и халцедона с хаотично рассеянными остатками спикул кремнёвых губок, центральные части которых нередко выполнены чёрным ОВ, реже радиоляриями (рис. 4, б). Нередко наблюдается перекристаллизация сферолитово-волокнистых агрегатов, слагающих фаунистические остатки, в тонкокристаллические, что свидетельствует о преимущественно биогенном характере кремнистой седиментации.

 

Рис. 4. Породообразующие компоненты (а, б – фото шлифов в параллельных николях; в, г – фото образцов в обратно-рассеянных электронах – ОРЭ): а) яснокристаллический кальцит слагает фаунистические остатки округлых форм, образующих послойно-линзовидные скопления в углеродисто-кремнисто-глинистой матрице; б) многочисленные остатки кремниевых спикул и раковин (белое) в силиците, обогащенным ОВ; в) тонкоперетертый водорослево-бактериальный детрит (чёрное) хаотично распределен в глинисто-кремнисто-карбонатной матрице; г) послойно-линзовидное распределение аморфного ОВ (чёрное) в карбонатном силиците

Fig. 4. Rock-forming components (a, b – photo of thin sections in plain light; c, d – photo of samples in back-scattered electrons – BSE): a) clear-crystalline calcite composes faunal remnants of rounded forms, forming layered lenticular accumulations in a carbonaceous-siliceous-argillaceous matrix; b) numerous remnants of siliceous spicules and shells (white) in silicite enriched in organic matter; c) finely ground algal-bacterial detritus (black) randomly distributed in a argillaceous-siliceous-carbonate matrix; d) layered lenticular distribution of amorphous organic matter (black) in carbonate silicite

 

Кроме основных компонентов, иногда в качестве породообразующего выступает ОВ, морфология и форма нахождения которого различны. Исследование ОВ в прозрачных шлифах под поляризационным микроскопом и методом сканирующей электронной микроскопии показало, что оно присутствует в двух формах: 1) в виде тонкоперетертого детрита (размер частиц меньше 0,05 мм), неравномерно рассеянного и/или образующего послойные скопления (рис. 4, в); 2) в виде аморфного вещества, окрашенного в проходящем свете в разные оттенки красного, желтого и бурого цвета, выполняющего послойно ориентированные сильно уплощенные линзочки (шириной 0,01–0,15 мм, длиной от 0,05 до 1–2 мм) (рис. 4, г).

Детритовое ОВ представлено в основном фрагментами цианобактериального планктона. Степень преобразования органических остатков различна: от хорошо сохранившихся нитевидных и палочковидных форм, присущих цианобактериям, в составе которых, согласно данным рентгеноспектрального микрозондового анализа, помимо углерода присутствуют такие элементы, как О, Р, Cl, S, Si, Al, K, Na, Ca, Mg, Fe, V (рис. 5, а), до углефицицированных остатков неясного генезиса без элементов-примесей (рис. 5, б). Линзовидные выделения бесструктурного ОВ, похожего на коллоальгенит с незначительной примесью микроэлементов (рис. 5, в), встречаются реже и представляют собой разложившиеся до аморфного состояния остатки водорослей неясной систематики. Каких-либо закономерностей в распределении различных форм ОВ не выявлено, нередко они присутствуют вместе, что подтверждает данные геохимических исследований о смешанном водорослево-бактериальном биоценозе куонамского бассейна [17].

 

Рис. 5. Органическое вещество (снимки в ОРЭ с результатами рентгеноспектрального микроанализа): а) хорошо сохранившийся фрагмент цианобактериального планктона нитевидной формы; б) углефицированный остаток, в составе которого отсутствуют элементы-примеси; в) линзовидное выделение коллоальгенита; г) тонкоперетертый цианобактериальный детрит в ассоциации с фрамбоидальным пиритом

Fig. 5. Оrganic matter (images in the BSE with the results of X-ray spectral microanalysis): a) well-preserved filiform fragment of cyanobacterial plankton; b) carbonized remnant without admixtury elements; c) lenticular segregation of colloalgenite; d) finely ground cyanobacterial detritus in association with framboidal pyrite

 

Результаты геохимических исследований

Для уточнения минералогического состава и условий седиментации куонамской свиты использовались петрохимические модули [18]. На рис. 6 приведены сводные диаграммы петрохимических модулей, на которых видны вариации в химическом составе пород различных пачек. Карбонатные породы Я.Э. Юдович выделяет в отдельный тип карбонатолитов, однако с помощью гидролизатного модуля можно оценить состав силикатной примеси в этих породах.

 

Рис. 6. Положение фигуративных точек составов пород куонамской свиты на сводной модульной диаграмме [18]

Fig. 6. Position of the figurative points of the rock compositions of the Kuonamka Formation on the summary modular diagram [18]

 

Согласно значениям гидролизатного модуля – ГМ (TiO₂+Al₂O₃+Fe₂O₃+MnO)/SiO₂) куонамская свита на территории исследования сложена главным образом силитами (ГМ менее 0,30), но распределение их типов по разрезу неравномерное. В нижнем бороулахском и верхнем маспакыйском горизонтах доминируют нормо- и миосилиты, что связано с несколько повышенной глинистостью этих отложений. Наибольшее содержание глинистого материала наблюдается в образцах из подошвы боханского и кровли маспакыйского горизонта, которые относятся к сиаллитам (ГМ=0,3–0,55). В нижней части амыдайского горизонта (пачка II) преобладают гипер- и суперсилиты (ГМ не более 0,2), что отражает повышенную кремнистость этой части разреза. В верхней части амыдайского горизонта (пачка III) наблюдается переслаивание всех типов силитов при преобладании супер- и нормосилитов.

Вместе с ГМ для разделения глиноземистых и железистых компонентов применяется железный модуль – ЖМ (Fe₂O₃+FeO+MnO/TiO₂+Al₂O₃). Согласно показателям ЖМ в бороулахском и маспакыйском горизонтах с более высоким содержанием глинистого и карбонатного материала доминируют нормально железистые силиты. В амыдайском горизонте наблюдается переслаивание нормо-, гипер- и супержелезистых пород, причем первые два типа присутствуют примерно в равных количествах, а объем силитов с повышенным ЖМ заметно меньше.

По значениям модуля нормированной щелочности НКМ (Na₂O+K₂O)/Al₂O₃) породы куонамской свиты нормально щелочные (НКМ=0,2–0,4), примесь полевых шпатов в них незначительна, что подтверждается результатами петрографического анализа. На модульных диаграммах отмечается тренд на позитивную корреляцию ГМ–НКМ, что отражает возрастание роли ПШ с увеличением глинистости пород. Тренд на негативную корреляцию ЖМ–НКМ указывает на более высокую железистость кремнистых и карбонатно-кремнистых пород.

Титановый модуль – ТМ (TiO₂/Al₂O₃) обычно используют для определения происхождения осадка. В изученных разрезах абсолютно все породы характеризуются стабильно низкими значениями ТМ (в среднем 0,05–0,06), что характерно для силицитов, а также свидетельствует об отсутствии примеси основной вулканокластики [19] и может служить индикатором глубоководных обстановок [20].

Алюмокремниевый модуль – АМ (Al₂O₃/SiO₂) по химическому смыслу дублирует гидролизатный модуль, но в более грубом виде отражает глинистость обломочных пород. Значения АМ практически во всех образцах амыдайского горизонта низкие (от 0,01 до 0,1), что указывает на их повышенную кремнистость, а в маспакыйском и бороудахском горизонтах нередко отмечаются образцы с более высокими значениями от 0,11 до 0,24, соответствующие нормоглиноземистым породам.

Фемический модуль ФМ (Fe₂O_3общ+MgO/SiO₂) полезен для распознавания вулканокластической примеси. В образцах, содержащих доломит в породообразующих количествах, его применение ограничено, поэтому они не рассматривались. В остальных породах куонамской свиты ФМ изменяется от 0,01 до 0,15, что позволяет классифицировать их как гипо- и нормофемические силиты.

Диаграмма ФМ–НКМ (рис. 7) используется для установления состава глинистого вещества. На ней видно, что фигуративные точки составов пород в большинстве сосредоточены в полях IV и V, отвечая преобладанию глинистого вещества хлорит-иллитового состава (IV) и смешанослойных минералов (V), за исключением нескольких образцов боханского горизонта, в глинистом веществе которых помимо гидрослюды есть тонкодисперсная примесь полевых шпатов (VI). Этот вывод полностью совпадает с петрографическими наблюдениями и данными рентгеноструктурных исследований.

 

Рис. 7. Модульная диаграмма ФМ–НКМ [18]. Поля глинистых пород: I – с преобладанием каолинита, II – с преобладанием смектита с примесью каолинита и гидрослюды, III – с преобладанием хлорита с примесью железистых гидрослюд, IV – хлорит-гидрослюдистого состава, V – хлорит-смектит-гидрослюдистого состава, VI – гидрослюдистого состава с тонкой примесью полевых шпатов

Fig. 7. FM–SPM module diagramm [18]. The fields of clay rocks: I – with a predominance of kaolinite, II – with a predominance of smectite with an admixture of kaolinite and hydromica, III – with a predominance of chlorite with an admixture of ferruginous hydromicas, IV – chlorite-hydromica composition, V – chlorite-smectite-hydromica composition, VI – hydromica composition with a fine admixture of feldspars

 

Анализ микроэлементного состава (таблица) показал, что куонамской свите свойственны повышенные содержания ванадия, никеля и молибдена, что характерно для черносланцевых толщ по всему миру [21]. При этом наблюдается неравномерное распределение их по разрезу на фоне общего тренда на уменьшение вверх. В целом повышенные концентрации этих элементов наблюдаются в породах, обогащенных ОВ, при этом наиболее углеродистый бороулахский горизонт (пачка I) отличается аномально высокими количествами. Содержания Cu в основной части разреза пониженные, за исключением бороулахского горизонта, где они немного выше кларковых. Концентрация марганца в разрезе значительно ниже кларка, за исключением редких образцов, где карбонатная составляющая занимает более 40 %. Тенденция на увеличение концентраций по мере возрастания карбонатности характерна и для стронция, значения которого часто выше кларковых. Распределение бария неравномерное. В бороулахском горизонте его содержание заметно превышает кларковые значения, в остальных горизонтах Ba в основном ниже кларка, лишь в нескольких образцах наблюдаются кларковые и более высокие количества. Концентрации урана в большинстве случаев выше кларковых (13 ±2 г/т или 0,0013 ±0,0002 %), при этом наблюдается хорошая корреляция между U и Сорг. (рис. 8, а). Содержания редкоземельных элементов в изученных отложениях ниже кларковых, что обусловлено незначительным количеством терригенной примеси.

 

Таблица. Микроэлементный состав пород куонамской свиты

Table. Microelement composition of the rocks of the Kuonamka Formation

Элементы Elements	Содержание, г/т/Content, g/t
	Пачка/Member					Кларк Сlark
	I	II	III	IV	V
V	482 – 2971 1581	45 – 685 197	65 – 653 232	12	60 – 255 145	250
Ni	66 – 213 157	18 – 160 41	17 – 196 56	10	21 – 79 43	68
Mo	61 – 276 122	8 – 169 35	22 – 68 32	1	19 – 70 33	20
Cu	40 – 111 94	8 – 47 23	16 – 53 28	19	16 – 51 24	70
Mn	124 – 279 193	27 – 292 68	40 – 471 179	458	118 – 558 224	400
Ba	668 – 954 762	228 – 725 473	301 – 1079 565	335	407 – 666 556	500
Sr	207 – 446 310	83 – 736 291	91 – 787 291	396	477 – 797 519	190
U	23 – 46 35	6 – 67 16	6 – 127 13	1	8 – 23 13	13

Примечание: числитель – минимальное и максимальное значения, знаменатель – среднее значение.

Note: the numerator is the minimum and maximum values, the denominator is the mean value.

 

Для реконструкции окислительно-восстанови-тельных обстановок использовался ряд классических показателей. В первую очередь, степень пиритизации железа – СП [22], согласно значениям которой во время формирования куонамской свиты господствовали восстановительные обстановки. Средние величины СП в амыдайском горизонте – 0,7, а в бороулахском и маспакыйском горизонтах – 0,8, что говорит об условиях близких к эвксинскому типу и подтверждается низким содержанием оксида марганца ≤0,03 %.

Хорошо согласуется с данными, полученными при анализе СП, такой показатель редокс-обстановок, как отношение С_орг. и сульфидной серы [23], который изменяется от 0,7 до 12,6 (в среднем 5) при среднем медианном значении 4,4. Существование обстановок близких к эвксинным подтверждается тем фактом, что линия регресии С_орг. и S начинается не с нуля, при этом прослеживается довольно тесная связь органического углерода и серы сульфидной (рис. 8, б). К тому же анализ пород под электронным сканирующим микроскопом показал широкое развитие по органическому веществу фрамбоидального пирита (рис. 5, г), образование которого, по мнению многих исследователей, обусловлено деятельностью сульфатредуцирующих бактерий в восстановительных условиях, существовавших в наддонных водах и в верхнем слое осадков [24, 25 и др.].

 

Рис. 8. Взаимосвязь содержания органического углерода и урана (а) и серы (б)

Fig. 8. Relationship between the content of organic carbon and uranium (a) and sulfur (b)

 

Еще одним доказательством бескислородных условий седиментации являются высокие значения отношения Мо/Мn, поскольку молибден активно осаждается в обстановках сероводородного заражения, а марганец в данной ситуации находится в растворенной форме [26]. В большинстве образцов куонамской свиты величина Мо/Мn более 0,09 при среднем значении 0,5. В бороулахском горизонте она наиболее высокая и изменяется в диапазоне от 0,7 до 2. Самый низкий показатель Мо/Мn=0,02 зафиксирован в малокуонамском горизонте. Тем не менее он тоже характеризует аноксидные условия, хоть и близок к границе перехода к субоксидным. Кроме того, существование восстановительных обстановок подтверждает такой показатель, как содержание аутигенного урана (U_aут.), осаждение которого из морской воды происходит в бескислородных условиях [27–29]. Доля U_aут. в общем содержании урана (U_общ.), находящегося в породах, согласно [28], определяется по формуле U_aут.=U_общ.–Th/3. По данным [28, 29] значения 10<U_aут.<15 указывают на бескислородную среду, а U_aут.>15 характеризуют эвксинные условия. В куонамской свите доля аутигенного урана изменяется от 10 до 66, причем наиболее высокие значения (>15) наблюдаются в бороулахском горизонте и нижней пачке амыдайского горизонта.

Присутствие в осадках эксгаляционных компонентов устанавливается по модулю Fe+Mn/Ti [30], значения которого должно быть ≥25. Во всех изученных пачках этот модуль изменяется от 7 до 24, причем значения более 20 фиксируются в единичных случаях, а средние значения составляют 10–12. Подтверждением практически полного отсутствия подводной эксгалятивной деятельности является и модуль Бострёма – Al/Al+Fe+Mn [31], величина которого повсеместно ≥0,4 (в среднем 0,6), при том что влияние эксгалятивного компонента определяется значениями <0,4.

Индикатором палеосолености является соотношение в породе Sr/Ва, значение которого в большинстве образцов куонамской свиты равно или чуть более 1, что соответствует обстановкам нормальной морской солености [32, 33].

Заключение

Анализ литолого-геохимических характеристик высокоуглеродистых отложений кембрия в бассейне р. Кюленке показал:

1. Куонамская свита в изученных разрезах обладает выдержанным строением, в котором четко прослеживаются четыре литолого-стратиграфических горизонта. Состав отложений преимущественно смешанный и определяется вариациями трёх основных минеральных групп: глинистой, карбонатной и кремнистой. Кроме того, в качестве породообразующего участвует органическое вещество, содержание которого изменяется от 2 до 17 %, при средних значениях около 5 %, за исключением малокуонамского горизонта, где Сорг.<1 %. Наибольшие концентрации ОВ приурочены к породам смешанного карбонатно-глинисто-кремнистого состава, высокие содержания также характерны для силицитов, а самые низкие показатели Сорг. отмечаются в известняках. Вверх по разрезу фиксируется тренд на сокращение роли кремнистого материала (от 90 до 10 %) и органического вещества (от 7 до 1 %) на фоне повышения содержания карбонатной составляющей.
2. Литохимические данные и такие литологические особенности свиты, как наличие тонкоперетертого карбонатного материала, отсутствие крупных фаунистических остатков, широкое развитие радиоляриево-спикуловых кремней, минимальное содержание терригенной примеси, высокая концентрация ОВ и доминирование тонкослоистых текстур, указывают на то, что осадконакопление происходило далеко от источников сноса в депрессионной зоне открыто-морского бассейна со слабой циркуляцией придонных вод в бескислородных условиях. Геохимическая среда в карбонатно-кремнистых илах была преимущественно эвксинной.
3. Изменения в составе горизонтов отражают эволюцию осадочного бассейна. Начало формирования куонамской свиты связано с трансгрессией [9, 10, 13], достигшей максимума во время накопления нижней пачки амыдайского горизонта, что отразилось в преобладании кремнистой биогенной составляющей. Увеличение доли карбонатных осадков в малокуонамское и маспакыйское время связано с постепенным заполнением окраинных частей бассейна продуктами разрушения расположенной на западе барьерно-рифовой системы [9, 10, 12] и последующим обмелением. Таким образом, куонамская свита сформировалась в течение одного крупного трансгрессивно-регрессивного седиментационного цикла и представляет собой последовательность заполнения глубоководной депрессии с некомпенсированным осадконакоплением.

About the authors

Irina V. Varaksina

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics of Siberian branch of Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: VaraksinaIV@ipgg.sbras.ru

Cand. Sc., Senior Researcher

Russian Federation, 3, Koptyug avenue, Novosibirsk, 630090

References

Supplementary files