Конденсированные отложения варангуского и латорпского горизонтов (нижний ордовик) российской части Балтийско-Ладожского глинта

Маломощные платформенные отложения среднего-верхнего кембрия и нижнегооснования среднего ордовика северо-запада Восточно-Европейской платформы (Балтийская моноклиза) выходят на дневную поверхность в небольших, но многочисленных естественных и искусственных обнажениях, приуроченных к Балтийско-Ладожскому глинту. Глинт представляет собой субширотно ориентированный кайнозойский уступ, протягивающийся под водами Балтийского моря от острова Эланд (Южная Швеция) до острова Осмуссаар (Эстония) и прослеживаемый далее на восток по побережью Северной Эстонии, затем по территории Ленинградской области, от р. Нарвы на западе до р. Сясь на востоке (Kink et al., 2004).

Изучение ордовикских отложений Балтийско-Ладожского глинта и Ордовикского плато, продолжается уже почти два века. В качестве приоритетных направлений исследования ордовика традиционно выступают палеонтология и биостратиграфия. Детальные литостратиграфические исследования ордовика приглинтовой полосы силами сотрудников и студентов СПбГУ, под руководством А. В. Дронова, начались лишь в начале 1990;х гг. и позволили создать схему расчленения большей части «глауконитовых известняков» (Дронов, Федоров, 1993; Дронов и др., 1995) более дробную, чем имеющиеся зональные биостратиграфические схемы.

Автор счел интересным продолжить детальные исследования ордовикских отложений глинта и изучить так называемые «глауконптовые пески» — незначительный по мощности интервал разреза, представленный кварцевыми, глауконит-кварцевыми, кварцево-глауконитовыми песками, песчаниками, глинами, глинистыми известняками, а также нижнюю часть «глауконитовых известняков» представленную глауконитовыми известняками с редкими прослоями глин. Выбранный стратиграфический интервал в северо-западной России официально подразделяется на назиевскую и леэтсескую свиты и соответствует двум балтоскандинавским горизонтам — варангускому и латорпскому (Решения .1987) которые отвечают верхней части тремадокского яруса (варангуский и нижняя часть латорпского горизонта) и полному объему флоского яруса (латорпский горизонт) нижнего ордовика международной стратиграфической шкалы (см. табл.1). Этот интервал характеризуется минимальными мощностями, высокой степенью конденсации и практически полным отсутствием первично-осадочных текстур.

Глобальные отделы Глобальные нрусы мсш Ключевые уровни ПО 1 рамтшш гам и конолоншм Ярусы OCLII России Региональные подразделения Калтоскаидин 3 | R 5 i 3 -¦ = t.

Серии Горн JOH 1 ы.

ВЕРХНИЙ ОРДОВИК X* N14 ч. :tlo,—t|iUi4 Ашгялл л * I л & X ПоркувискиЙ Fit.

Катский L) i р 1лся п thograpl us спи (talus Пнртуский Fic.

ВорСМИСКНЙ Fib.

Каралок 11−1<�Х1Л.1СК|1>1 Fu у & Е CQ Ракверскин E.

Оандуский DlH.

Сандбий-ский Nemugruplus RTUCilis Ксйлмсай O", ,.

Иичвкискии Di.

ИлысрккнД С in.

Кукруэескнй Cll.

СРЕДНИЙ ОРДОВИК Дарривиллий l.'ndulrigraptus austrodematus Ллаивнрн Ухакуский С It.

Ласнамягннский Cih.

Лчсриский CI.

Кундиекнй верхний вне средний В nb нижний BHD.

Дапин-ский Baltonfodus (г!ип (1||1ягк Волховский верхний BUS средний Kllb нижний В (la.

РДОВИК Флоский Лренш к л KJt g в г? 1 U a р. В «Биллингепскнй.

Bib.

Хумпебергскнн Bl a.

ВарапгускнЙ л in.

Тремадок Тремадок.

Пакерортский All lapetognathus flucttvagu* ©.

Х*-Хирнантский.

Таблица 1. Положение изученного интервала (выделен серой заливкой) па схеме стратиграфического расчленения ордовика Балтоскапдии.

Составлена по Bergstrom et al" 2006; Nolvak et al" 2006; Paskevicius, 2001.

Главная черта конденсированных разрезов — номинальная полнота, присутствие всех или почти всех зональных подразделений, имеющих крайне малую мощность (Барабошкин и др., 2002), что является характерным и для исследованного интервала нижнеордовикских отложений северо-запада России. Так в наиболее стратиграфически полном разрезе Путиловского карьера, мощность изученных отложений составляет 3,5 м, а время их накопления составляет более 7 млн. лет, учитывая продолжительность флоского яруса 6,8 млн. лет (International Strati graphical.

Chart 2008). К верхней части изученных разрезов приурочено первое появления карбонатно-глиняных иловых холмов, так называемых «геккеровых горбов», детально изученных П. В. Федоровым (Федоров, 2003).

Целью настоящей работы является выявление закономерностей в распределении отложений варангуского и латорпского горизонтов вдоль российской части Балтийско-Ладожского глинта и реконструкция палеогеографических условий образования этих отложений.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

• поиски, детальное описание и послойное опробование разрезов варангуского и латорпского горизонтов вдоль всей российской части Балтийско-Ладожского глинта;

• изучение литологических свойств пород, слагающих исследуемый интервал, с использованием различных лабораторных методов;

• литостратиграфическое расчленение и корреляция отложений варангуского и латорпского горизонтов;

• исследование распределения зональных видов конодонтов и биостратиграфическая корреляция разрезов;

• палеогеографическая и седиментологическая интерпретация полученных данных.

Спутниками автора на различных этапах полевых работ были: Федоров П. В. (СПбГУ), Рожнов С. В. (ПИН РАН), Кушлина В. Б. (ПИН РАН), студенты геологического факультета СПбГУ — Середа Е., Петренко А., Егоров Е., Стеганцев А., Степченков В., Разумкова Е., Грундан Е., Литвинов Е., Ли А., Боярская В., Яковлева А., Ляшенко Д., Брыскова И., Четверикова К., аспирантка геологического факультета МГУ Коромыслова А. Всем им автор выражает глубокую благодарностью. Большая часть фактического материала была собрана автором в ходе прохождения, а затем проведения Ордовикской стратиграфической практики геологического факультета СПбГУ.

Отдельную благодарность автор хочет выразить профессору Э. А. Гойло (СПбГУ) за консультации при выполнении рентгеновских исследований глинистых минералов, С. Н. Лессовой и Э. А. Гойло за помощь в получении стипендии DAAD и возможности стажировки в Грейфсвальдском университете (Германия). Огромную помощь в исследовании глауконита на трансмиссионном микроскопе оказал автору доктор Иорн Касбом (Грейфсвальдский университет, Германия). Отдельную благодарность хочется выразить сотрудникам лаборатории им. Отто Шмидта (АНИИ), а особенно В. В. Ивановой за предоставления возможности работы со шлифами и их фотографирования на современных микроскопах. Т. Ю. Толмачеву благодарю за консультации по определению конодонтов, а также за помощь в фотографировании конодонтовых элементов.

Особую благодарность автор выражает сотрудникам кафедры исторической геологии геологического факультета СПбГУ за помощь, поддержку и консультации на всех этапах работыособенно доценту П. В. Федорову, который на протяжении 6 лет помогал в проведении полевых работ и консультировал по все вопросам, связанным с диссертацией, а также руководителю работы, профессору Г. С. Бискэ за безотказность в обсуждении хода работы и конструктивную критику.

Выводы указанного автора основываются только на систематическом составе ассоциации скелетной фауны, встречающейся в нижне-среднеордовикских известняках Ленинградской области и Эстонии. Эта ассоциация с доминированием карбонатных брахиопод и членистоногих, а также присутствием остракод, иглокожих и мшанок должна быть отнесена к так называемой «гетерозойной ассоциации».

Гетерозонная ассоциация бентосных карбона гообразователей не содержит из-вестьвыделяющих водорослей и герматипных кораллов. Она типична для нескольких обстановок карбонатопакопления: 1) для холодноводных нормально-морских шельфов и банок- 2) для опресненных участков шельфов умеренных широт и субтропиков- 3) для погруженных ниже фотической зоны участков шельфов и банок умеренных широт и субтропиков- 4) для участков повышенной биологической продуктивности на шельфах умеренных широт и субтропиков (James, 1997; Rivers, 2008).

Хорошо изученные к настоящему времени во всем мире кайнозойские холод-новодные биокластические известняки характерны для шельфов и мелководных банок со среднегодовыми температурами воды ниже 18°. Они содержат мизерные количества или вообще не содержат карбонатного ила. отличаясь именно этим признаком от всех остальных известняков гстерозойной ассоциации (James, 1997). Накоплению ила препятствует высокая растворимость известняка в холодных водах.

Следовательно, «глауконитовые известняки» латорпского горизонта, главным компонентом которых является карбонатный ил, не могут быть отнесены к холод-новодным карбонатам (табл. 9.3).

Из всех типичных для развития гетерозойной ассоциации обстановок, с учетом выводов, сделанных в предыдущем разделе, для объяснения происхождения «глауконитовых известняков» ордовика Балтийского палеобассейна в наибольшей степени подходящими представляются обстановки опресненного шельфа, вернее мелководной банки.

Судя по данным бурения (Мокриенко и др., 1966; Недригайлова и др., 1965; Селиванова и др. 1960,1963, 1971; Шмаснок и др., 1961,1967; Ульет и др. 1981; Raukas &Teedumae, 1997), «глауконитовые известняки» латорпского горизонта накапливались на востоке, юго-восточном склоне, на северном склоне, и на вершине Готланд-Сясьского поднятия в пределах Эстонии и России. Выше уровня моря оставались лишь отдельные небольшие острова на вершине поднятия и один крупный остров в районе современных островов Готланд и Готска-Сандён. На западе, в северной части острова Эланд, и на южном склоне, в пределах Латвии и Псковской области «глауконитовые известняки» латорпского горизонта фациально замещают.

Табл. 9.3. Известняки с различной структурой из изученных отложений:

1. Известняк со структурой пак-вакстоуна (увел. 25), р. Сясь (обр. 1−8);

2. Известняк со структурой вакстоуна (увел. 25), карьер Путилово (обр. ПутвBg);

3. Известняк со структурой вакстоуна (увел. 25), карьер Путилово (обр. Путв- 21);

4. Песчанистый глауконитовый известняк, карбонатное вещество почти полностью представлено микритом, карьер Путилово {обр. Путв 2−2 J);

5. Известняк со структурой вакстоуна, р. Сясь (обр. 1−9);

6. Песчанистый известняк с глауконитом, карбонатное вещество полностью представлено микритом (обр. Путв 2- 20) ся красно-коричневыми известняками с прослоями и пятнами серых известняков. Эти известняки местами содержат небольшое количество глауконитовых зерен.

Внешние границы области накопления латорпских «глауконитовых известняков» и их красноцветных аналогов совпадают с внешними границами распространения «глауконитовых песков» на периферии Готланд-Сясьского поднятия.

В направлении бассейна Московской синеклизы, Елгавского прогиба и Скандинавского шельфа (о. Эланд), глауконитовые и красноцветные известняки рассматриваемого интервала, также как и «глауконитовые пески», фациально замещаются глинами с примесью известкового ила.

Образование «глауконитовых известняков» латорпского горизонта, происходило в специфических условиях с низким поступлением терригенного материала и частыми приостановками карбонатной седиментации, в ходе которых формировались многочисленные поверхности уплотненного и твердого дна, нередко маркированные полосками железистой импрегнации. В нижней части латорпских «глауконитовых известняков» поверх этих поверхностей нередко залегают тонкие прослои глинистых глауконитовых песков и песчанистых глин, а в верхней части, между пластами плотных известняков — «дикарей» глины отсутствуют. К поверхностям твердого и уплотненного дна в нижней части «глауконитовых известняков» (и их красноцветных аналогов на о. Эланд) приурочены также многочисленные мелкие карбонатно-глиняные иловые холмы, изученные П. В. Федоровым (2003).

Иногда в пласте мощностью 15−20 см можно насчитать до 8−10 поверхностей ненакопления (табл. 9.4). Зачастую степень амальгамации слоев настолько велика, что на срезе одного маломощного пласта видно наложение и слияние нескольких поверхностей твердого дна, при котором происходит частичное уничтожение биоэрозией нескольких маломощных слоев известняка (табл. 9.4). Многие харак1ерные поверхности уплотненного и твердого дна могут быть прослежены на десятки и сотни километров вдоль Глинта.

Причины приостановок седиментации при образовании «глауконитовых известняков» не до конца понятны из-за того, что первичные седиментационные текстуры осадка уничтожены биотурбацией. В геологической литературе приводится немало универсальных теоретических схем образования твердого дна (напр. Бара-бошкин и др., 2002; Lindstrom, 1979; Rivers, 2008), но вероятно, в каждом конкрет.

Табл. 9.4. Амальгамированные пласты известняков с различными по морфологии поверхностями твердого и уплотненного дна. Номера образцов: 1- р. Назия (Нав 2−32) — 2- р. Юга (Юг-28) — 3 — р .Лава (Лав Ibh) — 4 — р. Юга (юг-29) — 5 — р. Сясь (1−10−1) ном случае, при расшифровке происхождения подобных поверхностей следует в первую очередь руководствоваться палеогеографическими данными и здравым смыслом.

В нашем случае образование самих «глауконитовых известняков» латорпского горизонта и поверхностей твердого дна в них может быть объяснено последовательностью абиотических и биотических процессов, приуроченных к определенной палеогеографической обстановке.

Образование «глауконитовых известняков» происходило на северном и восточном склонах Готланд-Сясьского поднятия и, частично, на вершине, в условиях мелководья и некоторого опреснения. При этом соленость воды из-за вариаций стока, нередко изменялась в сторону еще большего опреснения. В пользу мелко-водности говорит обилие поверхностей ненакоплеиия, быстрые изменения мощностей известняков на коротком расстоянии, общее уменьшение мощностей и числа поверхностей ненакопления в направлении осевой части поднятия (см. гл. 5). Упомянутая выше возможность прослеживания поверхностей ненакопления на большие расстояния свидетельствует об идентичности условий, в которых формировались эти однородные поверхности.

Известняки формировались за счет накопления карбонатных скелетов представителей гетерозойной ассоциации и продуктов их биологической деструкции, включающих разного размера биокласты и карбонатный ил. Обилие иловой компоненты в известняках говорит о том, что воды над нашей огромной отмелью были достаточно теплыми. Вероятно, особенно они прогревались летом. Вместе со скелетами и продуктами их разрушения на дно поступало немалое количество органического вещества, в поисках которого осадок перерабатывали илоеды. Тем не менее, в глубине осадка еще сохранялись условия для развития зерен глауконита по пеллетам и биокластам. Карбонатный ил перевеивался животными и волнением, выносился с отмели поверхностными течениями и рассеивался на обширных акваториях, окружавших Готланд-Сясьское поднятие, которое служило, таким образом, карбонатной фабрикой для значительной части Балтийского палеобассейна. Биопродуктивность над поднятием, вероятно, была высокой, развивавшийся здесь микропланктон обеспечивал пищей не только скелетный бентос, но и множество мягкотелых беспозвоночных, конодонтоносителей и планктонных граптолитов.

Биогенные компоненты поступали на мелководье, главным образом, с севера и востока. Они выносились из глубоких частей Пра-Финского бассейна и бассейна Московской синеклизы слабыми сгонными ветрами господствующего восток-юго-восточного (в современных координатах) направления. Эти же ветра обеспечивали нагоны поверхностных, бедных биогенными компонентами, но насыщенных кислородом вод на южном и западном склонах Готлапд-Сясьского поднятия. Нагонные ветра приносили воду со стороны Скандинавского шельфа и Елгавского прогиба. Богатые кислородом нагонные воды погружались у берега под действием своей избыточной массы и стекали вниз вдоль склонов поднятия, окисляя содержащиеся в осадках соединения железа. Тем самым они обеспечивали красную окраску известняков южного склона Готланд-Сясьского поднятия и Скандинавского шельфа — возрастных аналогов «глауконитовых известняков», а также глин Елгавского прогиба. На Скандинавском шельфе эти воды достигали поверхности галок-лина и растекались по ней. не проникая глубже. Именно по этой причине в разрезах Южной Швеции наблюдается чередование красноцветных и битуминозных пород.

Местами, при отсутствии естественных барьеров (островов или крайнего мелководья) на вершине Готланд-Сясьского поднятия, нагонные воды проникали севернее отмели в акваторию Пра-Финского бассейна и обеспечивали красную окраску отдельных уровней «глауконитовых известняков», которая особенно часто встречается на востоке российской части глинта (см. гл. 5).

Формирование поверхностей твердого и уплотненного дна в латорпских «глауконитовых известняках», несомненно, связано с относительно длительными эпизодами опреснения, в ходе которых развитие биоты на поднятии, в том числе карбонатной, прерывалось или сильно сокращалось. Поверхность осадка могла при отсутствии консументов беспрепятственно заселяться ковром сверлящих водорослей и фотосинтезирующих бактерий, которые приступали к механическому и химическому преобразованию поверхности, обеспечивая ее цементацию, эрозию и пиритизацию. В ходе последующего восстановления солености вод над поднятием происходило новое его освоение морской биотой, ковер деструкторов элиминировался, а дисперсный пирит под поверхностью твердого или уплотненного дна окислялся до лимонита, определяющего желтую окраску известняков под поверхностью ненакопления.

9.6. Природа Готланд-Сясьского поднятия.

Готланд-Сясьское поднятие является очень крупной структурой влиявшей на палеогеографическую обстановку в раннем ордовике северо-запада Русской платформы. Природа крупных платформенных структур, как правило, тектоническая. История поднятия понятна не до конца. Детальных карт фундамента, этой части платформы, не существует, только небольшое количество опорных скважин достигли фундамента. На территории Эстонии в ее южной части в пределах Готланд-Сясьского поднятия выделяется положительная гравитационная аномалия. Существование тектонического поднятия (Новгородский массив) фундамента в конце кембрииначале ордовике к западу от Московской синеклизы отмечали Т. Н. Хераскова с соавторами (Kheraskova et al., 2005).

9.7. Основные черты развития Готланд-Сясьского поднятия в начале среднего ордовика.

Модель накопления ордовикских известняков Балтийского палеобассейна на поверхности гомоклинального рампа, простирающегося от северного берега палеобассейна к Елгавскому прогибу и осевой части Московской синеклизы, обычно аргументируется профилями, составленными вдоль Глинта для отдельных горизонтов ордовика, по результатам сравнения мощностей одновозрастных отложений в обнажениях Глинта. На профилях, в частности на профиле, составленном при корреляции отложений волховского горизонта (Dronov et al., 2000) видно постепенное увеличение мощностей карбонатных пород горизонта с запада на восток (рис. 9.14). Сторонники модели гомоклинального рампа рассматривают подобные профили, как части клиноформ, и не сомневаются, что аналогичные профили могут быть построены в южном направлении от Глинта. Однако, подобная точка зрения не подтверждается скважинными данными. По ним, напротив, к югу от Глинта происходит сначала значительное сокращение мощностей волховского горизонта вплоть до вершины Готланд-Сясьского поднятия, а затем — постепенное увеличение мощностей к Елгавскому прогибу и Московской синеклизе (Селиванова, 1971; Raukas &.

Teedumae, 1997). Скважинные данные, таким образом, свидетельствуют о продолжении существования Готланд-Сясьского поднятия в волховское время.

Разрезы, использованные при построении профиля в Эстонии: 1- о. Вяйке-Пакри, 2 — гор. Палдиски, 3 — дер. Харку, 4 — дер. Мяэкалда, 5 — пос. Сака, 6 — пос. Тойлав России: 7 — р. Нарва, 8 — р. Сума, 9 — пос. Саблино (р. Тосна), 10 — карьер Путилове.

Рис. 9.14. Схематический профиль, охватывающий интервал от подошвы известняков -«дикарей» латорпского горизонта до кровли известняков волховского горизонта по А. В. Дронову с соавторами (Dronov et al., 2000).

Что могло привести к превращению восточной части поднятия в склон, заглубляющийся к востоку? Конечно лее, не глобальный эвстатический подъем уровня моря, а перестройка тектонического режима, начавшаяся в латорпское время и заметно усилившаяся в волховское. В начале среднего ордовика (волховское время) усилилось опускание Елгавского прогиба (Ульет и др., 1981) и прогибание Московской синеклизы (Kheraskova et al., 2005), что привело к вовлечению в тектоническое погружение западного, южного и восточного склонов Гогланд-Сясьского поднятия. В волховское время накопление конденсированных разрезов мелководных известняков продолжалось у вершины Готланд-Сясьского поднятия (на территории современной Эстонии и Ленинградской области). Тектонические движения в пределах Балтийского палеобассейна в начале среднего ордовика оставили свои следы и на территории современной Литвы, где на склоне, соединяющим Елгав-ский прогиб и Белорусскую сушу произошло заложение Средне-Литовского прогиба (Pashkevicus, 1997).

На этом история Пра-Финского бассейна и Готланд-Сясьского поднятия очевидно не заканчивается, поскольку присутствие поднятия ощущается в последующей геологической летописи палеобассейна на протяжении всего ордовика.

Заключение

.

Итогом проделанной работы являются следующие основные выводы и результаты:

1. Изучение вещественного состава и структурно-текстурных особенностей отложений варангуского и латорпского горизонтов на российской части Балтийско-Ладожского глинта позволило обособить пять литофациальных зон.

2. Впервые в изученных отложениях обнаружено несколько коррелируемых уровней пластовых и конкреционных фосфоритов и установлена их связь с мелководными апвеллингами.

3. Удалось установить существование относительно глубоководного Пра-Финского бассейна к северу от Глинта и оконтурить Готланд-Сясьское поднятие отделявшее в раннем ордовике Пра-Финский бассейн от Елгавского прогиба и Московской синеклизы.

4. Составлены новые палеогеографические схемы для варангуского и латорпского времени.

5. Дана новая палеогеографическая интерпретация условий образования «глауконитовых песков» и нижней части «глауконитовых известняков».