Вещественный состав и условия образования пород Пижемской свиты верхнего рифея на возвышенности Очпарма (Южный Тиман)

В среднем течении р. Воль на возвышенности Очпарма находится один из немногочисленных в юговосточной части Тиманского кряжа естественных выходов рифейских пород (рис. 1).

В геологическом строении этой возвышенности принимают участие средне-, верхнерифейские и палеозойские образования1. Рифейские отложения, выведенные на поверхность в пределах Вольской тектонической зоны на юго-востоке возвышенности Очпарма, представлены среднерифейскими клеоновской (RF2kl), пи-жемской (RF2pa) свитами и вымской (RF2vm) серией, верхнерифейские — павьюгской (RF3pv) и паундской (RF3pn) свитами (рис. 2). В объяснительной записке к геологической карте отложения пижемской свиты описаны как однородная толща темно-серых кварц-серицит-хлоритовых сланцев, содержащих порфиробласты сидерита, с тонкими (1—2 мм) прослойками кварцитопес-чаников. Рифейские отложения с угловым несогласием перекрыты терригенными и карбонатными образованиями верхнего девона, на закарстованной поверхности которых со стратиграфическим несогласием залегают каменноугольные отложения.

Рифейские отложения на Среднем Тимане являются вмещающими для многочисленных метасоматических редкометалльно-редкоземельных рудопроявлений, обусловленных внедрением ордовикских щелочных и основных интрузивных образований, а изучение разреза на р. Воль позволяет охарактеризовать исходные, не затронутые матасоматическими процессами породы.

1 Описание геологического строения района приводится по Государственной геологической карте Российской Федерации масштаба 1:200 000, серия Тиманская, лист Р-39-XVIII. 1991 г.

Рис. 1. Расположение разреза (1)

Fig. 1. Section location (1)

Объект и методы исследования

Объектом исследования являются метатерригенные отложения пижемской (RF2pa) свиты среднего рифея, описанные и опробованные в естественном обнажении в среднем течении р. Воль (рис. 2). Отложения упомянутой свиты вскрыты на правом берегу реки на протяжении около 30 м. Азимут падения слоев 75°, угол падения 35°. Целью

Рис. 2. Схематическая геологическая карта возвышенности Очпарма (по Н. В. Опаренкову, 1991 г.). 1, 2 — палеозой: 1 — каменноугольная система (глины, аргиллиты, алевролиты, известняки, доломиты), 2 — девонская система, верхний отдел (алевролиты, глины, песчаники, известняки, доломиты); 3, 4 — верхний рифей: 3 — павьюгская свита (доломиты), 4 — паундская свита (сланцы кварц-серицит-хлоритовые, известковистые, доломиты, известняки); 5—7 — средний рифей: 5 — клеоновская свита (алевролиты и сланцы серицит-хлорито-вые, кварцевые и хлорит-серицит-кварцевые), 6 — пижем-ская свита (сланцы хлорит-серицит-кварцевые), 7 — вымская серия (переслаивание сланцев серицит-хлорит-кварцевых, хлорит-кварцевых, углисто-серицит-кварцевых и кварцитов); 8, 9 — границы между стратиграфическими подразделениями: 8 — согласные (а — достоверные, б — предполагаемые), 9 — несогласные; 10, 11 — разломы предполагаемые: 10 — взбросо-надвиги, 11 — другие разломы; 12 — местоположение изученного разреза

Fig. 2. Schematic geological map of Ochparma uplift (according to N. V. Oparenkov, 1991). 1, 2 — Paleozoic: 1 — Carboniferous system (clays, argillites, aleurolites, limestones, dolomites), 2 — Devonian system, upper section (aleurolites, clays, sandstones, limestones, dolomites); 3—4 — Upper Riphean: 3 — pavyugskaya suite (dolomites), 4 — paundskaya suite (quartz-sericite-chlorite, calcareous shales, dolomites, limestones); 5—7 — Middle Riphean: 5 — kleonovskaya suite (aleurolites and sericite-chlorite, quartz and chlorite-sericite-quartz shales), 6 — pizhemskaya suite (chloritesericite-quartz shales), 7 — vymskaya series (interbedding of sericite-chlorite-quartz, chlorite-quartz, carbonaceous sericite-quartz shales and quartzites); 8, 9 — boundaries between stratigraphic units: 8 — conformable (a — reliable, б — prospective), 9 — unconformable; 10, 11 — prospective faults: 10 — overthrust reversed faults, 11 — other faults; 12 — studied section изучения данной свиты является выяснение особенностей вещественного состава пород, установление источников и способов поступления обломочного материала, условий осадконакопления и характера постдиагенетических преобразований, определивших современный облик толщи.

Петрографический состав пород пижемской свиты изучен в шлифах. Выделенная по стандартной методике (дробление, разделение) тяжелая фракция протолочных проб просматривалась под бинокуляром. Микрозондовый анализ проводился на сканирующем электронном микроскопе JSM-6400 с энергетическим спектрометром Link (оператор В. Н. Филиппов). Фазовый состав пород был определен при помощи рентгендифрактометрическо-го анализа неориентированных образцов (дифрактометр Shimadzu XRD-6000, CuKa-излучение, 30 kV/30 mA, оператор к. г.-м. н. Ю. С. Симакова). Содержания породообразующих оксидов определены весовым химическим методом в лаборатории Института геологии Коми НЦ УрО РАН (Сыктывкар). Интерпретация результатов химических анализов проведена с помощью известных методик, позволяющих установить генетическую принадлежность пород, источники терригенного материала и условия накопления отложений [2—4, 7, 8, 11—17].

Особенности строения и литолого-геохимическая характеристика терригенных пород

Пижемская свита представляет собой тонкое чередование темно-серых сланцев и тонкозернистых песчаников или алевролитов (рис. 3, а). Для сланцевых слой-ков, сложенных микрозернистым агрегатом кварца, полевого шпата, серицита и хлорита, характерны микроле-пидогранобластовая структура и сланцеватая текстура. Песчано-алевритовые слойки имеют гранобластовую структуру и содержат многочисленные полости ромбической формы, характерной для доломита. Часть из них пустые, некоторые частично, на периферии, а некоторые нацело выполнены буроватым микрокомковатым агрегатом гидроокислов железа (рис. 3, б). Ромбические полости, вероятно, появились в результате выщелачивания хемогенного доломита, образовавшегося синхронно или близко по времени к накоплению терригенной части породы. Крупные ромбы сложены более мелкими ромбическими индивидами и имеют конформные границы с окружающими обломочными зернами (рис. 3, в).

По данным А. А. Годовикова, «прямое осаждение доломита... может происходить лишь в отшнуровавших-ся от моря замкнутых бассейнах в условиях сухого жаркого климата, повышающего до необходимой концентрацию различных солей...» [1, с. 444]. В стадии катагенеза доломит был растворен элизионными водами, отжатыми из глинистых слоев, и частично замещен гидрооки-слами железа.

Акцессорные минералы в шлифах редки. Они представлены мельчайшими зернами циркона, эпидота и турмалина. Минералогический анализ тяжелых фракций протолочных проб показал присутствие кроме перечисленных выше минералов единичных окатанных зерен граната и кубических кристаллов пирита. В образце В-4 обнаружено зерно, состоящее из двух шариков самородного железа, заключенных в тонковолокнистую скрытокристаллическую с раковистым изломом основную массу (рис. 3, г), представляющую собой тонкую механическую смесь неиндивидуализируемых минеральных фаз с общим составом (по результатам четырех анализов): SiO2 11.47-32.66, TiO2 19.29-56.05, Al2O3 3.95-11.47, Fe2O3 6.70-10.36, MgO 2.97-4.84, CaO 2.42-8.04, Na2O 1.132.82, K2O 2.06-5.34, MnO 10.85-13.36 (мас. %).

Содержания главных породообразующих оксидов, литохимические модули, химические индексы и индикаторные соотношения, применяемые при реконструкциях условий образования отложений и использованные 29

Рис. 3. Особенности строения отложений пижемской свиты: а — чередование песчано-алевритовых и сланцевых слойков (обр. В-6, сканированное изображение шлифа); б — микрополости в песчано-алевритовых слойках, в разной степени заполненные гидроокислами железа (обр. В-7); в — выполненные гидроокислами железа ромбические полости (обр. В-7); г — сферические образования самородного железа в обломке породы (обр. В-4)

Fig. 3. Characteristics of pizhemskaya suite: a — alternation of sandstone-aleurite and shale layers, sample B-6, scanned image of thin section; б — variously filled cavities in sandstonealeurite layers with iron hydroxide, sample B-7; в — rhombic voids filled by iron hydroxide, sample B-7; г — native iron spheres in rock debris, sample В-4

при построении соответствующих диаграмм, приведены в таблицах 1 и 2.

По результатам нормативного минерального пересчета породы в среднем содержат (об. %): кварц — 34.2, мусковит — 23.9, кислый (№1) плагиоклаз — 18.5, хлорит — 14.5, калиевый полевой шпат — 5.6, гематит — 2.6, лейкоксен — 1, апатит — 0.3, титанит — 0.2 и доломит — 0.2.

На классификационной диаграмме log(Fe2O3общ/K2O)— log(SiO2/Al2O3) [15] фигуративные точки пород пижемской свиты попали в поле глинистых сланцев (рис. 4, а). По показателю нормированной щелочности (значению НКМ, эквиваленту коэффициента Миддлтона [17]), превышающему пороговое значение 0.3, все фигуративные точки, за исключением точек обр. 2, расположены в области пород, в составе которых, по мнению Я. Э. Юдовича и М. П. Кетрис [8], имеется неизмененный калиевый полевой шпат, то есть присутствует вулканогенная примесь (табл. 2; рис. 4, б). Фемический модуль (ФМ), отражающий интенсивность выветривания и захоронения вещества, составляет 0.12-0.15 (табл. 2) и соответствует вулканокластическим грауваккам [7]. На классификационной диаграмме НКМ — ФМ (рис. 4, б), используемой для разделения пород, различающихся по составу глинистой фракции, фигуративные точки пород пижемской свиты попали в поле V, соответствующее осадкам хлорит-монт-мориллонит-гидрослюдистого состава [8]. На диаграмме

K/Al — Mg/Al [20] точки расположены в области значений, свойственных породам, в составе которых преобладает иллит-мусковитоподобная диоктаэдрическая слюда и содержащих незначительную примесь каолинита (рис. 4, в). Рентгендифрактометрический анализ показал присутствие в породе диоктаэдрической слюды (мусковита) и железистого хлорита. Поскольку при построении обсуждаемой диаграммы не учитываются содержащиеся в породе железо и натрий, то она, соответственно, не отражает присутствие альбита и железистой составляющей хлорита, а небольшой сдвиг фигуративных точек в область каолинита связан, вероятно, с присутствием в породах продуктов разложения вулканического пепла. На треугольной диаграмме с вершинами (Al2O3 + TiO2) — (Na2O + CaO + MgO + MnO + FeO + Fe2O3 + ППП) — (SiO2 + K2O) [3] фигуративные точки составов пород располагаются в центральной части поля, соответствующего морским глинам и глинам засолоненных лагун и озер аридной зоны, и одновременно на пересечении границ полей континентальных глин тропического и холодного климатов (рис. 4, г).

Значения CIA — индекса химического выветривания, показателя климата в области размыва [18] — около 70, что указывает на среднюю степень переработки материала на палеоводосборах в условиях теплого климата (табл. 2). Индекс выветривания CIW [14] 82—83 также со-

Таблица 1. Содержание породообразующих оксидов, мае. % Table 1. Content of rock-forming oxides, wt.%

N п/п	N обр. N sample	SiO 2	TiO 2	Al 2 O 3	Fe 2 O 3	FeO	MnO	MgO	CaO	Na 2 O	k2o	P 2 O 5	ППП poi	Сумма Total
1	1	61.99	0.86	17.95	3.06	4.26	0.058	1.73	0.40	1.93	3.70	0.092	4.29	100.32
2	2	61.18	0.84	18.04	3.45	4.09	0.039	1.74	0.40	1.69	3.76	0.140	4.38	99.75
3	3	63.12	0.91	17.93	2.78	3.93	0.049	1.56	0.30	1.91	3.79	0.065	3.98	100.32
4	4	61.78	1.03	19.04	2.57	3.69	0.032	1.54	0.40	1.87	4.18	0.059	4.19	100.38
5	5	64.07	0.86	17.89	1.85	4.63	0.051	1.50	0.30	2.04	3.64	0.061	3.41	100.30
6	6	63.21	0.95	18.49	1.94	4.22	0.052	1.43	0.40	1.95	4.06	0.083	3.70	100.49
7	7	63.08	0.86	17.85	2.88	3.94	0.053	1.52	0.40	1.87	3.65	0.069	4.02	100.19
8	9	63.90	0.88	17.86	1.91	4.68	0.059	1.53	0.30	1.96	3.59	0.076	3.59	100.34

Таблица 2. Литохимические модули и индикаторные соотношения Table 2. Lithochemical modules and indicator ratios

к \ к 5	о 5	О о" о	^ о* й о	^ S к	S ь S е			W	3 ад S	< и	и	§	й Ь	S +	'й' + о + 3	+ О К ее н о +н и i + о" № Z	6' Н + О Ч	О + о4 и	о" О ^		гд Ь
1	1	—0.08	0.54	0.31	0.15	—0.73	—0.93	0.17	0.06	69.39	82.14	0.86	135.02	11.85	0.61	15.67	18.81	65.69	0.21	—0.99	—6.65
2	2	—0.04	0.53	0.30	0.15	—0.98	—1.02	0.17	0.06	70.39	83.72	0.85	208.05	12.54	0.60	15.75	18.88	64.94	0.21	—0.83	—6.12
3	3	—0.13	0.55	0.32	0.13	—0.12	—0.63	0.17	0.05	69.68	82.94	0.82	146.42	10.25	0.63	14.46	18.84	66.91	0.21	—1.32	—6.57
4	4	—0.21	0.51	0.32	0.13	0.70	0.00	0.18	0.05	69.54	83.34	0.80	209.06	8.43	0.66	14.26	20.07	65.96	0.21	—1.38	—6.63
5	5	—0.29	0.55	0.32	0.13	—0.26	—0.88	0.16	0.05	69.50	82.09	0.78	133.27	10.29	0.64	13.73	18.75	67.71	0.22	—0.86	—7.38
6	6	—0.32	0.53	0.33	0.12	0.62	—0.35	0.18	0.05	68.91	82.45	0.78	124.80	8.90	0.66	13.64	19.44	67.27	0.20	—0.92	—7.07
7	7	—0.10	0.55	0.31	0.13	—0.57	—0.99	0.16	0.05	69.68	82.43	0.82	137.75	11.05	0.62	14.63	18.71	66.73	0.22	—1.29	—6.34
8	9	—0.27	0.55	0.31	0.13	—0.44	—0.83	0.16	0.05	69.97	82.57	0.78	117.23	10.24	0.64	13.97	18.74	67.49	0.20	—0.85	—7.15

Примечание: ГМ=А1 2 О 3 + TiO₂+ Fe₂O₃ + FeO + MnO)/SiO₂; НКМ = N 2 O + K 2 O/A1 2 O 3 , ТМ = TiO 2 /A1 2 O 3 ; ФМ = (Fe 2 O 3 + FeO + MnO + MgO) /SiO₂; ЖМ = (Fe₂O₃ + FeO + MnO)/(Al₂O₃ + TiO₂), массовые проценты.

CIA = 100*Al2O3/(Al2O3+ CaO + Na2O + K2O), ICV + (Fe2O3+ K2O + Na2O + Ca2O + Mg2O = TiO2)/Al2O3CIW = 100*Al2O3/(Al2O3 + CaO + + Na2O), молекулярные количества.

Note: ГМ = Al₂O₃ + TiO₂ + Fe₂O₃ + FeO + MnO)/SiO₂; НКМ = N₂O + K₂O/Al₂O₃, ТМ = TiO₂/Al₂O₃; ФМ = (Fe₂O₃ + FeO + MnO + MgO)/ SiO₂; ЖМ=(Fe₂O₃+FeO+MnO)/(Al₂O₃+TiO₂), weight percent.

CIA = 100*Al2O3/(Al2O3 + CaO + Na2O + K2O), ICV + (Fe2O3 + K2O + Na2O + Ca2O + Mg2O = TiO2)/Al2O3CIW = 100*Al2O3/(Al2O3 + +CaO + Na2O), molecular quantities.

ответствует средней степени разложения исходных пород (табл. 2). Индекс изменения состава ICV [10] 0.78-0.86 характеризует породы как достаточно однородные, содержащие большое количество глинистых минералов (табл. 2). На диаграмме ICV — CIA [16] фигуративные точки занимают промежуточное положение между линиями, соответствующими составам размываемых основных и кислых пород (рис. 4, д). На диаграмме F3 — F4 [19] точки пород пижемской свиты расположены в полях изверженных пород среднего и основного составов вблизи границы с областью богатых кварцем осадочных образований (рис. 4, е).

Значения соотношения Fe/Mn — фациального индикатора для осадочных отложений [2] — соответствуют отложениям, сформированным в прибрежно-морских условиях с доминированием терригенного материала (табл. 2). Титановый модуль (Fe + Mn)/Ti [5] в интервале 8.43—11.85 и алюминиевый модуль Al/(Al + Fe + Mn) [12] в интервале 0.61—0.66 характеризуют породы как не содержащие примесь эксгалятивного материала (табл. 2). Значения калиевого модуля K2O/Al2O3 [13] 0.2—0.22 соответствуют породам, сформированным преимущественно за счет рециклированного материала (табл. 2).

Для отражения зависимости содержания и соотношения петрогенных оксидов от палеогеодинамической обстановки формирования отложений использованы диаграммы (рис. 5), при построении которых учитывается максимальное количество оксидов [19, 10]. На обеих диаграммах фигуративные точки пород пижемской свиты попали в поля активных континентальных окраин.

Обсуждение результов

Анализ полученных данных позволяет предположить существование нескольких источников обломочного материала. Накопление рассматриваемых отложений, вероят- но, проходило за счет размыва и переотложения как метаморфических пород древнего континента, так и образований протоуралид-тиманид. Выявленные петрохимические особенности, однако, свидетельствуют о преобладании рециклированного обломочного материала метаморфических пород древнего континента. На это указывают, в частности, значения калиевого (K2O/A12O3) модуля. Но при этом значения модуля нормированной щелочности (НКМ), учитывающего также содержание натрия, дают основания предполагать присутствие в породах незначительного количества сла-боизмененного вулканокластического материала. В качестве подтверждения такого присутствия можно рассматривать обнаруженный в протолочной пробе обломок, содержащий сферические образования самородного железа и имеющий, очевидно, пирокластическое происхождение. Подобные железные сферулы, приросшие к стенкам пустот (газовых полостей) основных, средних и кислых эффузивов, известны в пределах современных высокотемпературных гидротермальных систем Камчатки и Курильской гряды [4]. Сферулы (в ассоциации со стекловатыми и рудными шлакоподобными частицами) описаны в эксплозивно-кластических фациях взрывных структур Украинского щита, в разновозрастных туфоидных и вулканогенно-осадочных отложениях Волыни, Предкарпатья, Карпат и Крыма [9]. Проявлению вулканической активности сопутствовало образование в среднем ри-фее основных интрузий вдоль зоны Центрально-Тиманского разлома, а рубеж 1100 млн лет, зафиксированный магматическими породами основного состава Северного Тимана, является началом магматизма не только на данной территории, но и во всем регионе [6].

На диаграммах, позволяющих установить палеогеоди-намическую обстановку формирования пород (см. рис. 5), расположение фигуративных точек в полях активных континентальных окраин обусловлено тем, что одним из источ- 31

Иллит+

К-полевой шпат

Рис. 4. Положение точек составов пород пижемской свиты на диаграммах: а — 1од(Ре₂О_3общ/К₂О) — log(SiO₂/Al₂O₃) (по [15]); б — НКМ—ФМ (по [8]), где: I — преобладает каолинит, II — преобладает монтмориллонит, меньше каолинита, может присутствовать гидрослюда, III — преобладает хлорит с подчиненной примесью железистых гидрослюд, IV — хлорит + гидрослюда, V — хлорит + монтмориллонит + гидрослюда, VI — гидрослюда с примесью полевых шпатов; в — К/ Al - Mg/Al (по [20]); г — (A1₂O₃ + TiO₂) - (Na₂O + CaO + MgO + MnO + FeO + Fe₂O₃ + nnn)—(SiO₂ + K₂O) (по [3], где: I — морские глины и глины засолоненных лагун и озер аридной зоны; II — континентальные глины тропического климата; III — континентальные глины холодного и умеренно-холодного климата; д — ICV — CIA (по [16]); е — f3 — F4 (по [19])

Fig. 4. Location of composition points of enganepeyskaya suite: a — log(Fe₂O_3gen/K₂O) — log(SiO₂/Al₂O₃) [15]; б — NPM—FM [8] where: I — kaolinite dominated, II — montmorillonite dominated, less kaolinite, hydromica may be present, III — chlorite dominated, 32

with secondary admixture of glandular hydromica, IV — chlorite + + hydromica, V — chlorite + montmorillonite + hydromica, VI — hydromica with admixture of feldspars; в — K/Al — Mg/Al ([3]); г — (Al₂O₃ + TiO₂) — (Na 2 O + CaO + MgO + MnO + FeO + Fe₂O₃ + + poi) — (SiO₂ + K₂O) ([3]), where: I — marine clays and clays of saline lagoons and lakes in arid zone; II — continental clays of tropical climate; III — continental clays of cold and moderately cold climate; д — ICV—CIA ([16]); e — F3 — F4 ([19])

Рис. 5. Положение точек составов пород пижемской свиты на диаграммах: а — SiO₂—K₂O/Na₂O (по [19]; б — F1—F2 (по [10])

Fig. 5. Location of composition points of pizhemskaya suite: a — SiO₂ — K₂O/Na₂O ([19]; б — F1—F2 ([10])

ников обломочного материала были разрушающиеся магматические и метаморфические породы древних комплексов фундамента Восточно-Европейской платформы, развитые в области питания. В состав этих комплексов входили в том числе образования активных континентальных окраин и коллизионных орогенов [11].

На треугольной диаграмме (Al2O3 + TiO2) — (Na2O + CaO + MgO + MnO + FeO + Fe2O3 + nnn)—(SiO2+K2O) [3], используемой для диагностики генетического типа отложений, фигуративные точки находятся в области перекрытия полей морских глин и глин засолоненных лагун и озер аридной зоны, континентальных глин тропического климата и континентальных глин холодного и умеренно-холодного климата. Вариант холодного и умеренного холодного климата отпадает, так как значения индекса CIA около 70 указывают на то, что осадки формировались в обстановке теплого климата. Для континентальных глин тропического пояса характерно преобладание каолинита, т. е. на диаграмме ФМ—НКМ соответствующие точки должны были попасть в поле I и располагаться в левой нижней части диаграммы K/Al — Mg/ Al (рис. 4, б, в). Для гумидного тропического климата характерно отсутствие дифференциации химически зрелого осадка, а наблюдаемая в изученных породах слоистость указывает на цикличность поступления средневыветрело-го материала, выраженную изменениями гранулометрического и минерального составов. Индикатором аридного климата является доломит. В пользу того, что ромбические полости могли принадлежать доломиту, свидетельствует их специфическая форма, предполагающая присутствие только ромбоэдров. Наиболее вероятно, что областью образования изученных пород был мелководный водоем, располагавшийся в аридной климатической зоне.

Заключение

Анализ петрохимических коэффициентов, используемых в качестве индикаторов при палеогеографических реконструкциях, показал, что образование отложений пижем-ской свиты возвышенности Очпарма проходило в аридном климате в условиях мелководного бассейна с незначительными, вероятно сезонными, колебаниями уровня. В относительно холодные и влажные периоды накапливались преимущественно глинисто-слюдистые с примесью алевритового материала слойки, в жаркие сезоны – более грубозернистые слойки, а превышение испарения над стоком привело к образованию в них сингенетичного доломита. Обломочная часть пород сформирована из фрагментов метаосадочных и магматических пород фундамента древнего континента, сла-боизмененного полевошпатового материала более молодых вулканитов протоуралид-тиманид, располагавшихся, судя по степени изменения, на небольшом удалении, а также незначительной примеси обломков пирокластического происхождения. Накопление осадка на континентальном шельфе сопровождалось эпизодом вулканической активности, связанной с эпиконтинентальным рифтогенезом. Преобразование вещественного состава отложений происходило под влиянием многостадийных постдиагенетических процессов — растворения, трансформации, аутигенного минералообразования и перекристаллизации, приведших к формированию их современного облика.