Состав и микроструктура пластовых строматолитов Каруярвинской свиты полуострова Средний (северо-восточное обрамление Кольского полуострова)

По результатам полевых работ (2006 г.) на п-ове Средний вдоль юговосточного побережья губы Большая Волоковая была впервые доказана строматолитовая природа пластовых слоистых образований в составе пестроцветной терригенно-карбонатной каруярвинской свиты среднего(?) — верхнего рифея [4, 10]. Таким образом, строматолиты п-ова Средний являются связующим звеном между рифейскими строматолитами п-ова Варангер и о. Кильдин, которые рассматриваются в составе известной строматолитовой формации, обрамляющей с северо-востока ВосточноЕвропейскую эпикарельскую платформу. Строматолитовая (карбостро-мовая) формация узкой полосой прослеживается вдоль Главного Тиман-ского разлома, который ограничивает ее с юго-запада, и его северо-запад- ного продолжения — разлома Троль-фиорд-Комагельв — на 2500 км от По-людова Кряжа до Северной Норвегии [4,14] и является важным биорепером при корреляции рифейских комплексов.

Цель настоящей работы заключается в характеристике пластовых строматолитов каруярвинской свиты п-ова Средний, основанной на полевых наблюдениях и результатах изучения ориентированных аншлифов, шлифов и свежих сколов образцов.

Объект исследований

Верхнедокембрийский комплекс дислоцированных и метаморфизованных осадочных пород широко распространен вдоль северной и северо-восточной периферии Кольского п-ова, где он залегает на гнейсах и гранитах архея — нижнего протерозоя. Наиболее крупные выходы и достаточно полные разрезы его известны в пределах баренцевоморской акватории Кольского п-ова, на п-овах Средний, Рыбачий и о. Кильдин [7,8,11], а также на северо-востоке Норвегии, на п-ове Варангер [18]. Его юго-восточным продолжением принято считать рифейский комплекс байкалид п-ова Канин и Тиманского кряжа [3, 4, 8, 12]. Детальная характеристика геологического строения п-ов Средний, Рыбачий и о. Кильдин рассмотрена в ряде опубликованных работ [7—9,11, 13, 15, 18 и др.].

Рифейский разрез п-ова Средний включает кильдинскую и волоковую серии. Кильдинская серия включает (снизу вверх): пяряярвинскую, пал-винскую, поропелонскую, землепах-тинскую и каруярвинскую свиты общей видимой мощностью около 1600 м. Разрез волоковой серии представлен (снизу вверх): куяканской и пуманской свитами (около 500 м) [12]. Вышеуказанные серии разделены перерывом с угловым несогласием. Изучение столбчатых строматолитов (о. Кильдин) и микрофитолитов в породах кильдинской серии, а также K-Ar-возраст по глаукониту (для п-ова Средний — 1059—619 млн лет, а для о. Кильдин — 1015—709 млн лет [1]) позволили большинству исследователей отнести кильдинскую серию к верхнему рифею, тогда как вышележащую волоковую серию — к верхнему рифею-венду(?) [7,9,11,13,15,18].

Каруярвинская свита кильдинской серии имеет локальное развитие на северо-западном побережье и широкое вдоль северо-восточного побережья п-ова Средний, от устья ручья Выкат в направлении мыса Земляной. Она согласно залегает на земле-пахтинской свите, местами с тектоническим контактом. Свита сложена ритмично переслаивающимися, выветрелыми, пестроцветными от красных до зеленовато-серых преимущественно метаалевролитами, глинизированными метасланцами, а также темно-серыми доломитами, которые при выветривании приобретают палевую окраску. Они включают пластовые строматолиты, которые четко выделяются на общем фоне своей волнисто-слоистой текстурой. В строении свиты выделяются трехчленные ритмы мощностью около 3— 3.5 м каждый (рис. 1, а). Общее количество ритмов в строении свиты вдоль побережья губы Большая Волоковая не менее 20, т. е. видимая мощность каруярвинской свиты около 70 м. Залегание пород вдоль побережья губы Большая Волоковая изменчивое, с преобладающим падением слоев на северо-восток под углами 4—20°.

Методы исследования

Аншлифы и шлифы пластовых строматолитов были изучены при помощи стереоскопического микроскопа Motic MLC-150 и оптического микроскопа Olympus Б х 51.

Изучение состава и микроструктур строматолитов проведено на сканирующем электронном микроскопе Tescan Vega 3 LMH с энергодисперсионным спектрометром X-MAX фирмы OXFORD Instruments (напыление углеродное) в ИГ Коми НЦ УрО РАН (Сыктывкар). Из строматолитов были вырезаны пластинки размером 1 х 1 см (поперечные срезы). Для получения более четкой картины микрострукту ры пластовых строматолитов некоторые образцы были протравлены слабым раствором соляной кислоты (10 %). Кроме обработанных поверхностей строматолитов для изучения были подготовлены свежие сколы образцов (продольные и поперечные).

Результаты и их обсуждение

Биостромы изучаемых пластовых строматолитов в естественных обнажениях четко выделяются благодаря своей тонкой слоистости и волнистобугорчатой поверхности напластования (рис. 1, б—г). Они образуют слои мощностью от 0.5 до 1.5 м, прослеживаются во время отлива вдоль побережья на расстоянии около 4 км.

В вертикальном сечении наблюдается субгоризонтальное или флексурообразное унаследованное перегибание слоев. Иногда в постройке создается ряд бугорков, производящих впечатление сближенных между собой столбиков (рис. 1, в; рис. 2, б, д). Однако каждый строматолитовый слой проходит через все эти ложные столбики, не прерываясь. Волнистобугорчатые строматолитовые слои с поверхности наслоения образуют чередующиеся пологие мелкие бугорки длиной 10 см, шириной 2 см, высотой 1—1.5 см и впадины шириной 5—7 см.

Рис. 1. Особенности строения каруярвинской свиты п-ова Средний: а — строение одного из ритмов каруярвинской свиты вдоль побережья губы Большая Волоковая: 1 — пестроцветные метаалевролиты, 2 — темно-серые доломиты с пластовыми строматолитами; б, в, г — биостромы пластовых строматолитов в разрезе.

Fig. 1. Composition features of Karuyarvinskaya formation in Sredny Peninsula: а — composition of one of the rhythms of Karuyarvinskaya formation along the coast of Bolshaya Volokovaya Bay. 1 — variegated, metaaleurolities 2 — dark gray dolomites with stratiform stromatolites; б, в, г — biostromes of stratiform stromatolites in section.

Форма продольного сечения бугорков самая разнообразная: округлая, эллипсовидная, с-образная и т. п.

Сравнительный анализ пластовых строматолитов каруярвинской свиты с голотипом формы Stratifera flexurata Komar и с формой из умбель-ской свиты Прибайкальской зоны юга Восточной Сибири [2] позволил к. г.-м. н. С. А. Анисимовой (Институт земной коры СО РАН, г. Иркутск) отнести изучаемую форму к виду Stratifera aff. flexurata Komar.

Микроструктура пластовых строматолитов определяется закономерным чередованием слоев двух типов: органогенных и терригенных (рис. 2, а—ж). Органогенные слои (от темно-серой до черной окраски) состоят из тонкозернистого доломита с незначительной примесью обломочного алевритового материала. Внутри органогенных слоев обнаружены следы былой микробиальной жизни в виде сгу-стковой (комковатой) структуры пелитоморфного доломита (рис. 2, з) и дихотомирующих нитей черной окраски (рис. 2, и). Терригенные (светло-серые, розовато-серые ) слои представлены алевритовым полевошпат-кварцевым материалом с доломитовым тонкозернистым базальным цементом.

СаСО

1 см

Рис. 2. Структуры пластовых строматолитов (поперечный разрез): а — чередование органогенных (темно-серых) и терригенных (светло-серых) слоев, штуф 508-1; б — ряд бугорков (показаны стрелками), создающих впечатление сближенных столбиков (слойки обведены маркером), аншлиф 5-В; в — флексурообразное изгибание слоев с линзочками белого кальцита, шлиф 77-5к; г — четкая слоистость, неправильно-волнистая, аншлиф 5-В; д, е — ряд бугорков, создающих впечатление микростолбиков, шлиф 166-3; ж — полого-волнистая слоистость, шлиф 77-5к; з — сгустковая микроструктура органогенных слоев, шлиф 77-4к; и — черные дихотомирующие нити в строении органогенного слоя, шлиф 508-1; к — обрывки черных нитей в строении органогенных слоев, шлиф 77-5к; л — лейсты метаморфического биотита в составе органогенных слоев; прямоугольником обозначен участок, где биотит развивается по обрывкам черных нитей, шлиф 76-1. Масштабный отрезок для рисунков е—з 500 мкм, для рисунка ж — 100 мкм

Fig. 2. Structures of stratiform stromatolites (cross section): а — alternation of organogenic (dark gray) and terrigenous (light gray) strata, sample 508-1; б — line ofplugs (arrows), creating impression of closely spaced columns (laminae circled), polished section 5-B; в — flexure-like bending layers with small lenses ofwhite calcite, polished section 77-5к; г — clear stratification, irregularly wavy, polished section 5-B; д, е — series ofplugs that create impression of micropillars, section 166-3; ж — flat wavy stratification, section 77-5k; з — lumpy microstructure of organogenic layers, section 77-4k; и — black dichotomizing threads in the structure of organogenic layer, thin section 508-1; к — scraps of black threads in the structure of organogenic layers, section 77-5k; л — metamorphic biotite composed oforganogenic layers; rectangle designated area where biotite develops on the scraps of black threads, section 76-1. The scale interval for the figures е—з 500 microns, for figure ж — 100 microns.

Углеродистое вещество (УВ) в составе тёмно-серых органогенных слоев изучено методом спектрального комбинационного рассеивания (рамановская спектроскопия) [9]. Рамановские спектры УВ всех образцов строматолитов аналогичны спектрам разупорядоченного (аморфного) УВ [16, 17, 19]. Исходным, очевидно, было УВ сложного состава, что служит аргументом в пользу его биогенного происхождения [9].

Изучение пластовых строматолитов с помощью электронного сканирующего микроскопа позволило вы явить в строении органогенных и реже терригенных слоев лентовидные микрообразования сложного химического состава, отличимые от вмещающего доломитового субстрата (рис. 3, а, б; табл.). Их толщина изменяется от 1 до 5 мкм. Нестабильность состава связана, скорее всего, с разной степенью их сохранности и вторичными процессами преобразования (катагенез, метаморфизм). Внутри органогенного слоя они в большинстве случаев ориентированы согласно общей слоистости. Контуры их в поперечном срезе четкие, слабоизвили стые. Внутри этих лентовидных микрообразований в большинстве случаев наблюдаются многочисленные вкрапления кристаллов пирита (рис. 3, а, б). Такая приуроченность пирита, по нашему мнению, свидетельствует о генетической связи его с первичным органическим веществом, которое составляло основу лентовидных микрообразований.

При изучении продольных свежих сколов строматолитов были обнаружены тонкие пленочные микрообразования неправильных очертаний сложного состава (рис. 3, в—д; табл.).

Рис. 3. Микроструктуры пластовых строматолитов каруярвинской свиты п-ова Средний: а, б — лентовидные микрообразования сложного состава с кристаллами пирита в строении органогенных доломитовых слоев (поперечный срез); в, г, д — пленочные микрообразования сложного состава с многочисленными кристаллами пирита (продольный срез); е — линзовидные микрообразования, выполненные пиритом; ж, з — участки после травления соляной кислотой (поперечный срез): 1) черные участки — пустотное пространство после выщелачивания кальцита; 2) тонкие лентовидные микрообразования (указаны стрелками); 3) халцедоновый каркас в виде тонких выростов и перегородок (указаны стрелками с пунктиром). На рисунке номерами показаны точки опробования, результаты см. в таблице

Fig. 3. Microstructures ofstratiform stromatolites of Karuyarvinskaya formation of Sredny Peninsula: а, б — ribbon-like microunits with complex composition with crystals of pyrite in the structure of organogenic dolomite layers (cross section); в, г, д — film microunits with complex composition with numerous crystals of pyrite (longitudinal section); е — lenticular microunits filled by pyrite; ж, з — areas after etching with hydrochloric acid (cross section) 1) black areas — voids after leaching of calcite; 2) thin ribbon-like microunits (indicated by arrows); 3) chalcedony frame as fine protrusions and walls (indicated with dotted arrows). Numbers show points of sampling, see the results in table.

№ точки	лентовидные микрообразования					пленочные микро о бразо вания
Оксид	G2.1	G5.1	G4.1	G3.1	G8.1	G6.1	G7.1	С2рЛ
Na2O	-	-	-	-		-	-	0.33
MgO	15.99	26.17	15.94	26.47	8.48	8.28	21.51	11.89
А120з	16.89	19.62	16.84	18.02	17.6	14.03	16.73	17.79
SiO2	29.19	32.83	36.09	35.02	35.79	29.57	35.92	32.57
К2О	0.43	0.22	5.72	1.28	8.77	5.91	3.23	3.59
СаО	0.3	0.4	-	0.22	-	-	-	-
ТЮ2	-	-	1.43	0.7	3.08	2.52	1.11	2.1
FeO	22.36	14.93	15.35	11.56	19.33	14.51	11.74	15.09
Примечание. Номера точек соответствуют номерам на рисунке 3.

Note. Point numbers are according to figure 3.

Их размеры изменяются в среднем от 12 x 12 мкм до 60 x 40 мкм. И вновь к этим пленочкам приурочена обильная пиритовая минерализация, как и в случае с лентовидными микрообразованиями. Их составы очень схожи по содержанию основных оксидов (см. таблицу). Лентовидные микрообразования, которые были установлены при изучении поперечных срезов образцов, соответствуют срезам пленочных микрообразований.

В образце 508-1 (рис. 2, а) после травления его разбавленной соляной кислотой в поперечном срезе органогенного слоя были обнаружены участки выщелачивания кальцита с остаточным кремнистым каркасом в виде шестоватых выростов и перегородок (рис. 3, ж, з), которые находятся в тесном срастании с лентовидными образованиями сложного состава (рис. 3, з, точка G 8.1). Они практически лишены пиритовой минерализации. Иногда можно наблюдать ярусное строение этих микрообразований: тонкое (4— 6 мкм) лентовидное образование — кремнистый каркас — лентовидное образование — кремнистый каркас (рис. 3, ж). При изучении шлифов также были обнаружены червеобразные выделения длиной 0.2—0.3 мм, выполненные кальцит-халцедоновым материалом. Скорее всего, они имеют первичную биофильную структуру.

Наблюдаемые лентовидные образования переменного состава соответствуют поперечным срезам лейст биотита. Этот вывод подтверждает их химический состав (см. таблицу) и результаты изучения аншлифов и шлифов. При изучении продольных сколов строматолитов под бинокуля ром были обнаружены многочисленные лейсты биотита. В большинстве случаев они связаны с темно-серыми органогенными слоями. В поперечном срезе они имеют вид тонких лентовидных образований. Просмотр ориентированных шлифов подтвердил, что лейсты метаморфического биотита действительно приурочены к органогенным слоям. Они находятся в тесном срастании с переплетающимися черными нитями. В промежутках между нитями сосредоточены алевритовые зерна кварца и полевых шпатов. Нити обволакивают эти обломочные зерна, разветвляются и образуют ячеистую структуру. В шлифах можно наблюдать участки, где лейсты биотита развиваются непосредственно по обрывкам черных нитей (рис. 2, л). Кроме биотита в составе органогенных слоев установлен мусковит, но в значительно меньшем количестве.

Всестороннее исследование карбонатных пород каруярвинской свиты (полевые наблюдения; микроскопические исследования образцов; изучение УВ в составе тёмных органогенных слоев методом спектрального комбинационного рассеивания; заключение к. г.-м. н. С. А. Анисимовой) позволяет сделать вывод, что обнаруженные структуры отражают органо-минеральную природу исходного вещества. Оно, очевидно, было сложного алюмосиликатного состава, главными компонентами которого выступали Mg, Ca, Al, Si, K, Ti, Fe и С. В дальнейшем метаморфические и гипергенные преобразования способствовали изменению его состава, возникнове- нию новых микроструктур, первичные признаки затушевывались, происходило слияние биогенного и абиогенного в единое целое.

Заключение

Изучая докембрийские строматолиты, мы имеем дело с карбонатными или терригенно-карбонатными образованиями, претерпевшими длительную и сложную историю вторичных изменений. Обнаружение в породах фоссилизированных организмов или следов их жизнедеятельности является важным критерием в пользу их биогенной природы [9].

Таким образом, микроскопическое изучение микроструктуры пластовых строматолитов п-ова Средний показало, что она обусловлена чередованием доломитовых органогенных и алевритовых терригенных слоев. В органогенных слоях обнаружены следы микробиальной жизни в виде сгу-стковой структуры тонкозернистого доломита и черных переплетающихся (с ячеистой структурой) нитей. Очевидно, каждый из органогенных слоев в прошлом представлял собой цианобактериальное сообщество, существование которого каждый раз приостанавливалось в связи с поступлением очередной порции терригенного материала. При этом некоторые цианобактерии вновь проникали между частицами осадка и продвигались в сторону света, то есть на поверхность терригенного слоя [7]. В итоге чередование органогенных и терригенных слоев определило в целом микроструктуру изученных пластовых строматолитов. Особенности строения пластовых строматолитов (наличие флексурообразных перегибов слоев, кажущихся столбиков в вертикальном срезе) позволяют рассматривать их как Stratifera aff. flexurata Komar.