Вендские отложения Колчимского поднятия: состав и палеоклимат

Основной структурой Вишерского алмазоносного района является Колчимское поднятие, которое входит в состав Полюдо-во-Колчимского антиклинория (рис. 1), он, в свою очередь, находится на стыке Преду-ральского краевого прогиба и ЗападноУральской зоны складчатости в месте сопряжения уральских и тиманских структур. Поднятие включает в себя Колчимскую и Тулымпарминскую антиклинали.

Отложения венда подробно были описаны в 1948 г. Н.Г. Чочиа и К.И. Адриановой, которые впервые на исследуемой территории выделили чурочинскую свиту, но отнесли ее к ордовику на основании залегания под фаунистически охарактеризованными лландоверискими отложениями, залегающими на ней, как это было доказано, с размывом и крупным угловым несогласием. Залегает она на доломитах низьвенской свиты, относящихся к низам ордовика. Однако

Рис. 1. Положение Полюдово-Колчимского антиклинория в составе Тимано-Северо-уральского региона (Пактовский, 2022)

Работа лицензирована в соответствии с CC BY 4.0. Чтобы просмотреть копию

этой лицензии, посетите

в монографии Н.Г. Чочия 1955 г. чурочинская свита относится к кембрию тоже со знаком вопроса.

Венд как стратиграфическое подразделение на Урале выделен Б.С. Соколовым в разрезах осадочного чехла Русской плиты (Беккер, 1985). Историко-геологический анализ позволил обособить аналоги вендских отложений в древних толщах Уральской складчатой области.

Возраст верхних горизонтов древних толщ Урала – один из наиболее сложных вопросов уральской геологии, который обсуждается на протяжении почти ста лет. Со временем полемика по этому вопросу не только не утихает, но становится все более напряженной. Главным центром всех расхождений по-прежнему остается возраст ашинских, сылвицких, чурочных отложений западного склона Урала. Обычно проблема возраста вендских отложений на Урале решалась с позиций выяснения их соотношения с более молодыми горизонтами палеозоя. В результате детальных работ установлено, что разновозрастные горизонты девона, силура, ордовика с размывом, а иногда и угловым несогласием, залегают на различных отложениях венда Южного, Среднего и Северного Урала.

Соотношения венда с фаунистически охарактеризованными кембрийскими отложениями остались невыясненными, но перспективы в этом отношении весьма ограничены в связи с разобщенностью рассматриваемых отложений и сложной структурной позицией кембрийских биогермов.

Необходимо отметить, что какие-либо постепенные переходы между палеозойскими и вендскими отложениями на Урале повсеместно отсутствуют. Существенное значение имело выяснение характера сочленения венда с подстилающими карбонатными маркерами с микрофитолитами так называемого IV комплекса (укская свита и ее аналоги). Наконец, новый фактический материал был получен в результате датирования изотопными методами по глаукониту чурочных и ашинских отложений. Но необходимо отметить следующее: несовершенство K-Ar метода, проводившегося в 1980-х гг. по глаукониту, привело к некоторому несовпадению прежних датировок с ныне принятой общей и международной стратиграфической шкалой. Современные методы установления изотопного возраста пород на территории пока не применялись.

Уральский венд принадлежит к числу широко распространенных и достаточно хорошо обнаженных образований. Вендские отложения облекают выступы докембрийских толщ на западном склоне Урала и протягиваются с небольшими перерывами с юга на север на расстояние около 800 км. Ширина этой зоны местами достигает первых десятков километров. К востоку от основной полосы, в пределах так называемых Центральной и восточной зон Урала, вендские образования выполняют отдельные изолированные грабены, мульды и характеризуются локальным распространением.

На Северном Урале в зоне с Тиманом вендским отложениям соответствует чу-рочная серия. Строение серии в восходящем разрезе (Боровко, 1967; Беккер, 1968): устьчурочинская свита, чурочинская свита, ильявожская свита, кочешорская свита.

Чурочная серия залегает на карбонатных породах и трансгрессивно перекрывается по-людовскими конгломератами. Корреляция разрезов венда Урала и изотопные данные однозначно указывают на вендский возраст чурочной серии. Однако устьчурочинские отложения залегают ниже верхнего горизонта тиллитов лапландского оледенения. Они достаточно надежно коррелируются с криволукскими образованиями Южного Урала и поэтому могли бы быть отнесены к довенд-ским отложениям. Но подобному решению противоречили бы и имеющиеся изотопные датировки устьчурочинских глауконитов. Устьчурочинские отложения обычно рассматривают в составе венда.

В разрезах позднего докембрия Урала есть три уровня тиллитов и тиллоидов (Младших, Аблизин, 1967; Аблизин и др., 1982). Нижний (танинский) горизонт как наиболее выдержанный и протяженный распространен на Среднем и Северном Урале. Средний (койвинский) горизонт развит локально в нескольких разрезах Среднего Урала. Верхний (чурочный, ста-ропечный, криволукский) горизонт развит на Северном, Южном и Среднем Урале, причем в первых двух районах доказано его ледниковое происхождение (Чумаков, 1985). Особенностью тиллитов верхнего уровня являются резкие колебания мощностей ледниковых отложений вплоть до полного их выклинивания на сравнительно коротких расстояниях. Тиллиты верхнего уровня залегают с перерывом на нижележащих отложениях и разграничивают два существенно различных комплекса. Нижний комплекс образован диким флишем и диамиктитовой формацией, а верхний – типичной альпитотипной моласой (Беккер, 1985).

В венде Урала намечается два этапа осадконакопления: серебрянский преимущественно ледниковый и сылвицкий предгорный. Наиболее надежно вендский возраст обоснован для отложений второго этапа. Здесь выше ледниковых отложений отчетливо выделяются отложения горизонтов с Tira-siana и Arumberia.

Отложения горизонта с Tirasiana известны в венде запада Русской платформы, что облегчает их параллелизацию с одновозрастными образованиями Урала. Первый (сереб-рянский) этап осадконакопления причленя-ется к венду условно и иногда выделяется в самостоятельное крупное стратиграфическое подразделение.

Методы исследования

Каменный материал был отобран автором и студентами кафедры минералогии и петрографии в июне 2023 г. На правом берегу р. Большой Колчим хорошо проявляются обнажения устьчурочинской свиты, где были отобраны образцы горных пород для исследований (рис. 2А). Чурочинская свита обнажается в долине р. Чурочная (рис. 2Г). Породы ильявожской свиты были отобраны с обнажения на правом берегу р. Рассольная (рис. 2Ж, К). Образцы горных пород коче-шорской свиты были отобраны на месторождениях Северная и Южная Рассольная (рис. 2Н, Р).

Лабораторные исследования выполнены автором с использованием аппаратуры Центра коллективного пользования и Сектора наноминералогии ПГНИУ. Петрографическое изучение шлифов проведено на оптическом микроскопе Olympus BX51 (Япония). Рентгенофлуоресцентный анализ был вы- полнен с применением волнодисперсионного рентгенофлуоресцентного спектрометра последовательного типа действий S8 Tiger (аналитик К.П. Казымов). Рентгенофазовый анализ образцов выполнялся с применением рентгеновского порошкового дифрактометра D2 Phaser (фирма «Bruker», ФРГ).

Характеристики прибора: рентгеновская трубка с медным анодом (излучение – CuKα, λ=1,54060 Å), генератор с напряжением – 30 кВ, силой тока – 10 мА; детектор линейный – LYNXEYE; фильтр – Ni. Условия съемки для валового анализа: расходящаяся щель 0,2 мм, щели Соллера – первичная 2,5°, вторичная 2,5°; угловой диапазон от 5 до 70° 2θ; скорость набора импульсов в каждой точке 1,0 с; шаг – 0,02°. Количественный анализ валового состава пробы выполнялся с помощью программного обеспечения Topas 4-2, которое реализует безэталонный анализ на основе метода Ритвельда – процедуры минимизации отклонения между экспериментальной и теоретически рассчитанной дифрактограммами (Rietveld, 1967, 1969). В качестве рассчитанных моделей кристаллических структур используются файлы базы данных, поступившей с приобретением программного обеспечения. Сумма минеральных фаз рассчитывалась к 100 %.

Глинистые минералы в силу своей морфологии и высокой дисперсности в природе образуют агрегаты, одной из основных особенностей которых является ярко выраженная способность к ориентации частиц. Любой препарат из глинистой фракции, предназначенный для съемки на дифрактометре, будет обладать аксиальной текстурой. Степень текстурированности искусственно усиливается в ориентированных препаратах для большей информативности проводимых экспериментов. Ориентированные препараты позволяют получить базальные отражения глинистых минералов, по которым производится их более точная диагностика.

Пелитовая фракция выделялась седиментационным способом. Диагностика присутствующих в образце слоистых алюмосиликатов происходила при совместной интерпретации дифраткограмм воздушно-сухого, насыщенного этиленгликолем и прокаленного препаратов при температурах 350 и 550° С (Рентгенография…, 1983). Вычисление соот- ношения глинистых минералов производилось по дифрактограмме воздушно-сухого ориентированного препарата и пересчитыва- лось на содержание каждого минерала с помощью уравнений, полученных Петером и Кальманом (Франк-Каменецкий и др., 1983).

Рис. 2. А – выход горных пород устьчурочинской свиты, Г – выход горных пород чурочинской свиты, Ж, К – выход горных пород ильявожской свиты, Н, Р – выход горных пород кочешорской свиты; Б, В, Д, Е, З, И, Л, М, О, П, С, Т – микрофотографии шлифов горных пород с анализатором

Результаты петрографического исследования

На Северном Урале Ю.Р. Беккер (1968) объединяет вендские отложения в чуроч-ную серию. Строение серии в восходящем разрезе: устьчурочинская свита, чурочин-ская свита, ильявожская свита и кочешор-ская свита.

Породы устьчурочинской свиты представлены полевошпат-кварцевыми песчани- ками (рис. 1Б), песчаниками гравелистыми и глинистыми алевролитами (рис. 2В). Для по-левошпат-кварцевых песчаников характерна псаммитовая структура с размерами зерен 0,1–0,35 мм, для гравелистых песчаников – псефитпсаммитовая структура с размерами зерен 0,15–2,0 мм. Степень сортировки хорошая, для гравелистых песчаников средняя. Зерна неправильной, субизометричной, слабоудлиненной формы. Среди обломков различаются полуокатанные (70–80 %), окатан- ные обломки (15–20 %), отмечаются неока-танные (5 %). Обломочный материал представлен зернами кварца (75 %), зернами полевых шпатов (15 %), обломками пород различного генезиса (10 %): глинистыми породами, кварцитами, микросланцами, единичными обломками кремневых пород. В породах диагностированы минералы, характерные для магматических пород кислого и среднего состава: циркон, сфен, лейкоксен, амфиболы. Породам присущ глинистый порово-пленочный цемент гидрослюдистого состава. Для алевролитов характерна алевритовая структура с размерами зерен 0,02– 0,08 мм. Зерна неправильной, субизометрич-ной формы. В обломочной части алевролитов преобладают зерна кварца (55 %) и полевого шпата (45 %). Цемент базальнопоровый глинистый, преимущественно гид-рослюдистого состава. Для пород характерна сланцеватость.

Породы чурочинской свиты представлены тиллитовидными конгломератами и песчаниками (рис. 2Д). В среднем обломочный материал представлен обломками кварца (55 %), полевых шпатов (20 %), слюдой (7 %), обломками пород различного генезиса (18 %), из которых преобладают обломки алевролитов, песчаников, глинистых пород, обломки кварцитов, гранитоидов (рис. 2Е), реже встречаются обломки кремневых, карбонатных пород, эффузивов. Цементирующая часть представлена преимущественно гидрослюдой с примесью хлорита. В прослоях между тиллитовидными конгломератами чаще всего присутствуют глинистые алевролиты и алевролиты песчанистые. Для алевролитов характерна алевритовая или псам-миталевритовая структура с размерами зерен 0,02–0,2 мм. Зерна неправильной, субизо-метричной формы. В обломочной части алевролитов преобладают зерна кварца (55– 60 %) и полевого шпата (40–45 %). Цемент базально-поровый глинистый гидрослюди-стого состава. Для пород характерна сланцеватость. В кровле чурочинской свиты залегают карбонатные породы, которые представлены микрозернистыми плотными доломитами.

Ильявожская свита представлена поле-вошпат-кварцевыми песчаниками (рис. 2З) с переслаиванием глинистых алевролитов

(рис. 2И). Для полевошпат-кварцевых песчаников характерна псаммитовая структура с размерами зерен 0,1–0,35 мм. Степень сортировки хорошая. Зерна неправильной, субизометричной, слабоудлиненной формы. Среди обломков различаются полуокатанные (70–80 %), окатанные обломки (15–20 %) отмечаются неокатанные (5 %). Обломочный материал представлен зернами кварца (75– 80 %), зернами полевых шпат (20–25 %), обломками пород различного генезиса (5 %): глинистые породы, кремневые породы, кварциты, реже встречаются обломки гранитои-дов. В породах диагностированы минералы, характерные для магматических пород кислого и среднего состава: циркон и сфен. В обломочной части алевролитов (рис. 2Л, М) преобладают зерна кварца, полевого шпата, цемент порово-пленочный глинистый гид-рослюдистого состава. Для пород характерна сланцеватость, по которой порода хорошо раскалывается.

Породы кочешорской свиты представлены песчаниками с переслаиванием глинистых алевролитов и аргиллитов. Песчаники отличаются друг от друга по текстурноструктурным особенностям, по составу обломочной части и по цементу. Одни образцы представлены разнозернистыми песчаниками (рис. 2С), в составе которых присутствуют обломки зерен кварца, обломки кварцитов и единичные обломки гранитоидов с поровым глинистым цементом.

Другие горные породы представлены тиллитовидными гравелистыми песчаниками, в обломочной части которых содержатся обломки зерен кварца, обломки кварцитов, алевролитов, доломитов, глинистых пород. Цементирующая часть представлена гидрослюдой. Кроме того, встречаются кварцевые песчаники, которые сложены зернами кварца, а также кварцевый регенерационный цемент, где зерна каемки регенерации кварца толщиной 0,01–0,08 мм заполняют межзерновое пространство. Иногда зерна по периферии растворены, но чаще всего границы зерен кварца имеют относительно мозаичное строение, что свидетельствует о начале метаморфизма. Алевролиты глинистые, иногда встречаются песчанистые, со слоистой текстурой. В минеральном составе преобладают зерна кварца, полевого шпата. Цемент пле- ночно-поровый глинистый, представлен гидрослюдой. Аргиллиты алевролитовые, песчанистые (рис. 2О, Т) с алевритопелитовой или псаммиталевропелитовой структурой, тонкослоистой текстурой. В минеральном составе тонкодисперсный глинистый материал преимущественно гидрослюдистого состава, зерна кварца и полевого шпата.

Результаты аналитических исследований

Рентгенофазовый анализ проводился для пелиталевритовых пород с целью уточнения названия. На территории Колмчимского поднятия в работах в работах Ю.Р. Беккера, Ю.Д. Смирнова, О.А. Кондиайна и других исследователей приводится макроскопическое описание аргиллитов, которые чередуются между слоями песчаников, имеют пелитовую структуру и сланцеватую текстура, данные породы хрупкие и хорошо раскалываются по сланцеватости. Но, по данным рентгенофазового анализа (табл. 1), который был проведен впервые для пород этих свит, только в кочешорской свите встречаются аргиллиты. Для других свит в валовом минеральном составе образцов преобладают кварц и полевые шпаты, что характеризует данные породы как алевролиты глинистые, так как, по определению (Фролов, 1993), в них недостаточно содержания глинистых минералов, чтоб они были аргиллитами.

Таблица 1. Валовый минеральный состав пелиталевритовых пород (%)

Минералы	Содержание, %
	Устьчурочинская свита			Чурочинская свита			Ильявожская свита			Кочешорская свита
Кварц	40,6	36,3	41,6	44,6	48,2	50,3	39,8	54,3	51	34,8	31,8	32,5
Полевые шпаты	28,1	28,1	27,9	25,1	23,2	20,5	18,1	24,3	28,2	10,6	13	9,8
Глинистые минералы	31,3	36,6	30,5	30,3	28,5	29,2	40,9	20,8	20,4	50,9	51	53,1
Кальцит	-	-	-	-	-	-	1,2	0,6	0,4	2,1	1,8	2,8
Анатаз	-	-	-	-	-	-	-	-	-	1,7	2,5	1,8

Минеральный состав пелитовой фракции венда изучался с целью определения условий осадконакопления, поскольку он напрямую зависит от глубины палеобассейна, а также от существовавших в нем палеобстановок.

Глинистая составляющая в алевролитах устьчурочинской свиты преимущественно гидрослюдистого состава, реже хлорит-гидрослюдистого. В чурочинской свите глинистая составляющая в тиллитовидных конгломератах представлена гидрослюдистым составам, реже гидрослюдой с подчиненным содержанием хлорита. Соотношение гидрослюды и хлорита составляет в среднем 95 и 5 % соответственно. В глинистых алевролитах из четвертой пачки чурочинской свиты содержание хлорита по отношению к гидрослюде вырастает до 8–10 %. Также глинистая часть интенсивно пигментирована гид- роксидами и оксидами железа. Глинистая составляющая алевролитов ильявожской свиты имеет гидрослюдистый и хлорит-гидрослюдистый состав, где гидрослюда также преобладает. Аргиллиты кочешорской свиты имеют гидрослюдистый и хлорит-гидрослюдистый состав.

Образование гидрослюды не имеет жесткой климатической детерминированности. Но ассоциация гидрослюды и хлорита характерна для высокоширотных зон. Наличие данной ассоциации указывает на относительно холодный и сухой климат в областях сноса и преобладание процессов физического выветривания (Маслов и др., 1999). Однако наложенные постседиментационные процессы в значительной мере стирают первичные индикаторы климата, и только в ряде случаев использование главным образом не- которых петрографических критериев позволяет реконструировать исходные обстановки накопления осадков. Например, в чурочин-ской свите главная роль отводится гидрослюде. Преобладание гидрослюды среди глинистых минералов в пелитовой фракции отложений данной свиты позволяет сделать вывод о климате эпохи в качестве близкого к нивальному типу с преобладанием физического выветривания над химическим. Главным геологическим агентом экзогенного выветривания, в отсутствие высоких гор и растительности, скорее всего, являлся ветер. В четвертой пачке той же чурочинской свиты и затем в ильявожской свите повышается содержание хлорита, что, возможно, интерпретируется как смена с течением времени нивальных климатических обстановок. Отсутствие смешанослойных образований во всех свитах венда, вероятно, указывает на обломочное происхождение глинистых минералов, так как основным источником вещества для формирования глинистых толщ выступают силикатные породы, подвергающиеся выветриванию на континенте, а также ранее накопленные глинистые образования. Преобладают механногенные, в понимании В.Т. Фролова (1993), глины, накапливающиеся преимущественно в прибрежно-морских и мелководно-морских обстановках интеркратонных и перикратонных водоемов.

Анализ химического состава горных пород и на его основе построенные петрохимические модули позволили выделить хемотипы осадочных пород. Алевритовые породы всех свит относятся к типу сиаллитам со значением гидролизатного модуля (ГМ) 0,31–0,55, а песчанистые породы – к силитам со значением гидролизатного модуля (ГМ) < 0,30 (Юдович и др., 2011).

Гидролизатный модуль (ГМ) – это основной классификационный параметр для алюмосиликатных и оксидных осадочных пород, хемотипы. Тип силиты, в понимании Я.Э. Юдовича (2000), включает кремневые и существенно кварцевые породы, но сюда же могут попасть и породы вовсе бескварцевые, но зато бедные глиноземом и железом. Тип сиаллиты включает большинство алеврогли-нистых пород, значительная часть граувакк и даже некоторые аркозы относятся собственно к сиаллитам. Как и в типе силитов, здесь тоже могут оказаться вулканогенноосадочные и даже вулканогенные породы.

Использование химической классификации в ряде случаев приводит к «столкновению» с традицией – границы хемотипов могут не совпасть с границами традиционных литотипов (Юдович и др., 2011).

В устьчурочинской, ильявожской и коче-шорской свитах прослеживается корреляция хемотипов и литотипов. Так, породы этих трех свит, которые представлены аркозовыми алевролитами, алевритовыми аргиллитами, вполне корректно соответствуют хемотипу сиаллитов, включающему существенно алевроглинистые и акркозовые породы.

Совсем незначительная часть пород венда отвечает «сиаллитовому стандарту», то есть всем модульным параметрам – гидролизат-ности (ГМ = 0,34–0,48) титанистости (ТМ = 0,030–0,070), щелочности (НКМ = 0,20– 0,40), железистости (ЖМ = 0,30–0,55), фемичности (ФМ = 0,10–0,20) (рис. 3). Это не что иное, как состав, соответствующий гранитно-метаморфической оболочке Земли (Юдович и др., 2000). Породы чурочинской свиты характеризуются наибольшими значениями щелочности (НКМ больше 0,40), что указывает на то, что, вероятно, образование данных пород происходило за счет продуктов разрушения сиалических блоков континентальной коры Русской плиты. Также это подтверждается петрографическим изучением обломочной части пород (Томилина, 2023).

Уточнение состава пород с помощью классификационной диаграммы М. Хиррона (1988) больше совпадает с литотипами (рис. 4). Фигуративные точки рассматриваемых пород всех четырех свит приурочены к полям аркозов, вакков и литаренитов. Поле-вошпат-кварцевые песчаники, алевролиты глинистые и аргиллиты соответствуют аркозам и ваккам, а тиллитовидные конгломераты и песчаники соответствуют литаренитам.

Рис. 3. Модульные диаграммы для осадочных пород венда в пределах Колчимского поднятия

Заключение

По результатам исследований образцов горных пород был уточнен и дополнен состав вендских отложений в пределах Колчимского поднятия. Аргиллиты чурочинской, устьчурочинской и иль-явожской свит на основании литологических изучений оказались глинистыми алевролитами, преимущественно аркозовыми.

Более подробное изучение обломков и пелитовой фракции пород дало представление о холодных климатических обстановках и источниках питания. Впервые сделана попытка палео-климатической реконструкции, которая, по данным о составе глинистых минералов, основывается на том, что образования имеют обломочную природу. Кроме того, отложения венда имели общий источник сноса и поступали в бассейн из континентальных зон, а также представляют собой результат физического выветривания.

Рис. 4. Положение фигуративных точек осадочных пород венда на геохимической диаграмме Herron (1988), lg(SiO 2 /Al 2 O 3 )–lg(Fe 2 O 3 /K 2 O)

Преобладание гидрослюды среди глинистых минералов в пелитовой фракции отложений данной свиты позволяет сделать вывод о климате эпохи в качестве близкого к нивальному, также это подтверждается переслаиванием ледниковых отложений псефитовой и псаммитовой фракций.

В результате выполненного комплекса исследований можно утверждать, что отложения венда состоят из продуктов размыва подстилающих отложений свит верхнего рифея, а также выходов кристаллических пород в результате коллизии Русской и Печорской плит.