Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Минералогический состав донных отложений Белого моря

ВАК РФ 25.00.28, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Минералогический состав донных отложений Белого моря"



На правах рукописи МАМОЧКИНА Анастасия Иосифовна

УДК 551.31/35

МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ СОСТАВ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ БЕЛОГО МОРЯ

Специальность 25.00.28 — «Океанология»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогичсских наук

Москва 2014

4 ДЕК 2014

005556148

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном Учреждении науки Институте океанологии им. П.П. Ширшова РАН Научный руководетель:

Лисицын Александр Петрович, доктор геолого-минералогических наук, академик РАН Официальные оппоненты:

Рыбалко Александр Евменьевич, доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры осадочной геологии Санкт-Петербургского государственного университета, г. Санкт-Петербург.

Ростовцева Юлиана Валерьевна, доктор геолого-минералогических наук, заместитель заведующего кафедрой по учебной работе Кафедры литологии и морской геологии Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, г. Москва. Ведущая организация:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук.

Защита состоится «23» декабря 2014 года в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 002.239.03 при Федеральном государственном бюджетном Учреждении науки Институте океанологии им. П.П. Ширшова РАН по адресу: 117997, г. Москва, Нахимовский проспект, д. 36, Большой конференц-зал. Электронный адрес: tkhusid@mail.ru. факс (495)124-59-83.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного Учреждения науки Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН. Автореферат разослан <{9» 2014 г.

Ученый секретарь

Х-оог, ог, кандидат биологических наук

[иссертационного совета

Т. А. Хусид

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Структура и характер распространения четвертичных осадочных образований Белого моря неразрывно связаны с общим геологическим строением региона. Его развитие на неотектоническом этапе, характеризуется установлением водообмена с Баренцевым морем, а также глобальными оледенениями и потеплениями климата, приводящими к гляциоизостатическим поднятиям. Различия в составе осадочной толщи отдельных районов Белого моря обуславливаются асинхронностью протекания этапов осадконакопления в каждом из них. Нам удалось применить результаты исследований тяжелых минералов (>2,89 г/см3) для выявления питающих провинций морских голоценовых и ледниково-морских верхнеплейстоценовых донных отложений Белого моря, что существенно дополняет картину палеообстановок осадконакопления в верхнечетвертичное время.

Цель работы: изучение минеральной ассоциации голоценовых отложений Белого моря. Определение питающих провинций и путей переноса обломочного материала в бассейн.

Задачи. Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи: 1. Проведение минералогического анализа (оптиш-минералогического, рентгенодифрактометрического и

электронномикроскопического) крупноалевритовой, песчаной, а также пелитовой фракции донных осадков; 2. На основании минералогических данных выделить современные терригенно-минералогические питающие провинции; 3. Выявить вклад со стороны Балтийского щита и Русской плиты в формирование минеральной ассоциации для голоценовых осадков Белого моря.

Научная новизна. Данная работа является первым исследованием минерального состава голоценовых осадков Белого моря в широком

з

диапазоне фракций: от гравийных, песчаных и крупноалевритовых до обломочной части пелитовой фракции.

Объект исследования: донные осадки Белого моря: современные (поверхностный слой 0-5 см), а также колонки донных отложений с охватом последних тысячелетий истории моря.

Фактический материал, личный вклад автора. Работа основана на результатах оптико-минералогического анализа 98 поверхностных проб (05см) и 3-х колонок донных осадков выполненного автором, 28 поверхностных проб осадков, выполненного аналитиками А.Н. Рудаковой и В.П. Казаковой, анализа сканирующей электронной микроскопии с микрозондом 7 проб и рентгенофазового дифрактометрического анализа 20 поверхностных проб донных осадков и 3-х колонок. Исследованные поверхностные пробы донных осадков и колонки (6062, 6042, 6050) были отобраны в экспедициях Института океанологии: 2001, 2003, 2004, 2005, 2006, 2008, 2009, 2010, 2011 на борту НИС «Профессор Штокман», «Академик Мстислав Келдыш» и НИС «Эколог». Всего диссертантом обработано и изучено 193 образца из поверхностных осадков и 3-х колонок донных отложений.

Достоверность результатов обеспечивается обширным фактическим материалом, полученным в процессе морских экспедиционных работ и литолого-минералогических аналитических исследований. Данные по видовому составу и количественному содержанию тяжелых минералов в осадках Белого моря получены с помощью современных методов анализа в лабораториях ИО РАН, МГУ, Института морских и полярных исследований им. А. Вегенера (Бремерхафен, Германия) с консультациями ведущих специалистов в области терригенной минералогии. Проверка достоверности полученных результатов осуществлялась по контрольным поверхностным образцам в ВИМС и Тихоокеанском океанологическом институте им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук А.Н.

Деркачевым и H.A. Николаевой. Достоверность выводов обеспечена обширным фактическим материалом.

Практическая ценность работы. Помимо фундаментального значения для понимания современных процессов распределения обломочных минералов в голоценовых осадках Белого моря и их связи с питающими провинциями, работа может быть использована при реконструкциях палеообстановок осадконакопления в Белом море.

Защищаемые положения:

1. Поздне—послеледниковые донные осадки Белого моря представлены единой пироксен-гранат-эпидот-роговообманковой минеральной ассоциацией.

2. В пределах Белого моря выделена единая минералогическая провинция, являющаяся типично терригенной (моренная). Она подразделяется на пять подпровинций: 1)Юго-Восточную; 2)Восточную; 3)Центральную; 4)3ападную; 5) Северо-Западную.

3. Для минералов тяжелой подфракции современных морских отложении основным источником поступления являются четвертичные моренные отложения Балтийского щита. В пребореальный период при формировании состава тяжелых минералов южной части беломорского бассейна усиливается влияние сноса с Русской плиты, в связи с ледниково-морскими условиями осадконакопления.

Апробация. Основные результаты исследований автора, изложенные в диссертационной работе, были представлены и обсуждены на совещаниях и конференциях:ХУШ, Х1Хи XX международных школах по морской геологии (г. Москва, 2009, 2011,2013 гг.); международной конференции по подводным исследованиям (Underwaterresearch) (г. Фамагуста, Кипр, март, 2011); международной конференции «Геологический конгресс Испании» (Geological congress of Spain) (г. Овьедо, Испания, июль, 2012), международной конференции по геологии и геофизике (International

Conference on geology and geophysics) (г. Санья, Китай, декабрь, 2013).

5

Публикации. Материалы диссертационной работы опубликованы в 6 работах, из них 2 статьи в журнале «Океанология», входящего в перечень ВАК.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, шести глав, заключения и приложения. Работа насчитывает 187 страниц, 49 рисунков, 17 таблиц и список литературы из 106 наименований на 10 страницах. Приложение включает фотографии разных типов граната и таблицы процентного содержания минералов в исследованных пробах.

Благодарности. Автор сердечно благодарит своего научного руководителя А.П. Лисицына за всестороннюю поддержку и ценные советы. Автор глубоко признательна В.П. Шевченко, A.C. Филлипову, А.Н. Новигатскому, A.A. Клювиткину, М.Д. Кравчишиной, Н.В. Козиной, Е.А. Новичковой, Н.В. Политовой за предоставленные материалы, помощь в их сборе и практическую поддержку в проведении работы. Отдельная благодарность А.Н. Деркачеву, H.A. Николаевой, О.М. Даре, А.Н. Рудаковой, В.П. Казаковой, Т.Н. Алексеевой, В.А. Карлову за помощь в аналитической обработке материала; А.Г. Рослякову за консультации по сейсмоакустической интерпретации; JIJI. Деминой, А.Ю. Леин, В.В. Гордееву, В.Н. Лукашину, И.А. Немировской, Ю. Богданову за дружественное участие и ценные советы в ходе работы.

Огромная благодарность моей семье за то, что они создали основу для моего развития, а также всем остальным, чье имя я не упомянула, но о ком помню с любовью, благодарностью и уважением.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи, отражены научная новизна и практическая ценность работы.

ГЛАВА 1. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

ВОДОСБОРА БЕЛОГО МОРЯ

Представлены общие сведения о районе исследований, обзор рельефа дна моря и характера современного осадконакопления, гидрологических условий, особенностей жидкого и твердого стока рек водосбора Белого моря.

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ ГЕЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ

ВОДОСБОРА И ДНА БЕЛОГО МОРЯ Во второй главе даны характеристики строения фундамента Белого моря и четвертичных отложений. В подразделе посвященном литологии моренных отложений Восточно-Европейской платформы раскрываются принципиальные различия минерального состава ледниковых отложений распространенных в пределах Балтийского кристаллического щита и Русской плиты. На Кольском полуострове, в Карелии и в северной части Карельского перешейка главными в составе морены среди прозрачных минералов тяжелой подфракции являются обыкновенная роговая обманка (до 65.8%), гранаты (22.3%), апатит (до 5%), пироксены (1.2%), в небольших количествах присутствуют турмалин, циркон, рутил, минералы группы эпидота, сфен, андалузит и рудные минералы. Минералогические провинции осадочного чехла Русской равнины сложены карбонатными и терригенными породами. Среди прозрачных минералов распространены устойчивые против выветривания минералы: циркон, рутил, фанат, турмалин, эрратические минералы представлены рудными, амфиболами, эпидотом, гранатом, цирконом [Рухина, 1960; Рухина, 1973].

ГЛАВА 3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ДОННЫХ ОСАДКОВ БЕЛОГО МОРЯ Приведено описание поверхностных проб донных осадков и колонок (рис.1). Описаны методы лабораторной обработки образцов для целей анализа минералов тяжелой и лёгкой подфракции, проведенного автором по стандартной оптико-минералогической методике, метод рентгенофазовой

дифрактометрии, метод сканирующей электронной микроскопии с использованием микрозонда и сейсмоакустического профилирования.

Рис. 1. Карта Белого моря с расположением точек отбора исследованных проб поверхностных осадков (0—5 см) и грунтовых колонок Лаборатории физико-геологических исследований в 2001—2012 гг.

ГЛАВА 4. ПИТАЮЩИЕ ПРОВИНЦИИ И ПУТИ ПЕРЕНОСА ВЕЩЕСТВА В БЕЛОЕ МОРЕ В ПОЗДНЕМ ПЛЕЙСТОЦЕНЕ-ГОЛОЦЕНЕ

В данной главе дается характеристика петрофонда Карельского и Терского берега, северной части Русской плиты. Приводится описание ареалов рассеивания руководящих минералов в четвертичных отложениях Русской плиты и Балтийского щита.

ГЛАВА 5. СТРУКТУРА И СТРАТИГРАФИЯ ВЕРХНЕЧЕТВЕРТИЧНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ БЕЛОГО МОРЯ.

В главе обобщены опубликованные материалы о строении верхнечетвертичных отложений Белого моря, а также приведены данные интерпретации сейсмоакустического профилирования. Показана их структура, мощности и закономерности распределения терригенно-

обломочных минералов в комплексах соответствующих ледниковому и

поздне-послеледниковому этапам осадконакопления.

ГЛАВА 6. ЛИТОЛОГО-МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ СОСТАВ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ БЕЛОГО МОРЯ

6.1. Минеральный состав взвеси Белого моря. В данном разделе показано, что среди тонкодисперсных (<0.001 мм) минералов взвеси обычны слоистые силикаты (иллит, каолинит, хлорит, смектит), кварц (до 50%), калиевые полевые шпаты, альбит, амфиболы (обыкновенная роговая обманка и тремолит), пироксен и карбонаты (доломит в сравнении с другими карбонатами встречается в повышенных количествах до 6%). Для взвешенного осадочного материала характерен незначительный разброс содержаний минералов. В открытых водах моря взвеси свойственен приблизительно одинаковый спектр минералов. В процессе переноса соотношение основных групп минералов остается более или менее постоянным [Кравчишина, Дара, 2012].

6.2. Количественное распределение тяжелой и легкой подфракции в осадках Белого моря. Количество тяжелых минералов в донных осадках зависит от гранулометрической крупности материала. Во многих работах описана общая закономерность в распределении тяжелых минералов, по которой концентрации последних увеличиваются в песчаных отложениях, тогда как в илах оно минимально. Содержание тяжелой подфракции крупноалевритовой размерности в осадках Белого моря колеблется от единичных знаков в центральной глубоководной части бассейна до 11% в прибрежных районах (рис. 2). Распределение тяжелых минералов в осадках центральной части моря имеет тенденцию к обогащению в северной (Терское побережье) и северо-восточной (южное устье Горла) частях района, где в прибрежной области имеются обширные и мощные накопления чистых песков. В целом же, в Бассейне Белого моря тяжеломинеральная подфракция (>2,89 г/см3) распространена ограничено вследствие развития здесь тонких пелитовых отложений. В илах Бассейна отмечены следы тяжелых минералов,

не превышающие 1%, повышенные концентрации характерны периферийным областям, вблизи берегов, где развиты пески. В крайних западных районах (до 5%) процент тяжелой компоненты ниже, чем в восточных (до 8%), что связано с обилием на востоке аллювиального материала р. Северная Двина. Схожее обогащение (9-15%) акцессориями в северной части района связано с выносами р. Варзуга [Невесский и др., 1977].

Рис. 2. Карта-схема распределения концентрации тяжелой подфракции в поверхностных осадках Белого моря.

6.3. Распределение терригенных минералов в донных осадках Белого моря. В осадках Белого моря в составе крупноалевритовой фракции обнаружено тридцать пять обломочных минералов. Они имеют разную частоту встречаемости и неоднородность в распространении. Анализ схем распределения отдельных минералов и их групп позволяет сделать выводы об источниках поступления обломочного материала, масштабах пространственного распространения минералов и дальности их переноса. Ниже приводится краткое описание особенностей распределения в

поверхностном слое донных осадков Белого моря наиболее важных в количественном и диагностическом смысле групп тяжелых минералов. Неравномерное распределение минералов обусловлено первоначальным их размером в материнских породах и абразивной прочностью минералов. В своих работах Е.В. Рухина отмечает, что мелкоалевритовые фракции обогащаются цирконом, рутилом, топазом и другими, в то время как роговая обманка, эпидот, пироксены, ставролит и другие тяготеют к более крупным размерным фракциям. Однако их размеры изменяются во время транспортировки, и они в связи с этим могут переходить в мелкие размерные фракции [Рухина, 1973]. Поскольку определение минерального состава весьма трудоемко, в данной работе для анализа используется фракция 0.10.05 мм, признанная наиболее информативной и представительной при минералогических исследованиях. Ниже приводится краткое описание особенностей распределения в поверхностном слое донных осадков Белого моря наиболее важных в количественном и диагностическом смысле групп тяжелых минералов.

Сумма четырех видов минералов, доминирующих в тяжелой крупноалевритовой фракции, изученных проб, составляет более 70%. Данная группа состоит из роговой обманки, минералов группы эпидота, граната и клинопироксена.

Амфиболы являются доминирующей группой минералов в поверхностных осадках Белого моря. Среди них преобладает обыкновенная буро—зеленая роговая обманка, в меньших количествах встречается бурая, зеленая и базальтическая роговые обманки, актинолит. Источником роговых обманок являются граниты, гранодиориты, диабазы, кристаллические сланцы, амфиболиты, кварциты, гнейсы широко распространенные в обнажениях коренных пород Карельского берега, а также сланцы, габбро-диабазы и сиениты Терского берега. Нередко амфиболы встречаются и в осадочных породах Русской плиты, в качестве переотложенных минералов,

однако здесь их содержания незначительны, в то время как для некоторых пород кристаллического щита они являются породообразующими.

На рис. 3 Показано распределение роговой обманки. Максимальные концентрации роговых обманок (53.66%) приурочены к эстуарию реки Кемь и побережью вдоль Карельского берега. Ареал с высоким содержанием роговых обманок охватывает Бассейн (среднее 35.9%) и Двинской залив (35.6%), концентрации резко падают в проливе Горло - до 22.42% (24.24%), чему способствует придонное волновое воздействие на данном участке. Источником поступления роговых обманок в осадок для западной части Белого моря являются древнейшие гнейсы, гнейсо-граниты, амфиболиты, граниты и гранодиориты Карельской и Мурманской областей, в составе которых велика доля роговых обманок, а для южной - моренный материал, представляющий собой продукт переработки коренных пород кристаллического щита, на центральную область имеют влияние оба источника сноса. Следует подчеркнуть тенденцию к увеличению концентраций роговых обманок на гидродинамически спокойных участках дна, это может быть объяснено процессами минералогической дифференциации осадков по крупности.

Эпидот является широко распространенным и часто встречаемым минералом в отложениях Белого моря. Среднее содержание (17.8%) в осадках в два раза ниже, чем у амфиболов, но сопоставимо с гранатами (рис.4). Однако, пространственное распределение эпидота в целом совпадает с роговой обманкой. Обширная область повышенных содержаний эпидота вытянута с юга-востока на северо-запад и включает Двинской залив, Бассейн и Кандалакшский залив.

Рис. 3. Схема распределения роговой обманки в поверхностном слое осадков Белого моря.

Максимальные концентрации эпидота в этом поясе колеблются в

пределах 20.9-29.9%, максимум обнаружен в осадках открытой части Двинского залива на границе с Бассейном. Высокие концентрации эпидота в южной части моря свойственны осадкам, образованным выносами р. Северная Двина. Источником поступления эпидота в северную область являются породы амфиболитовой фации метаморфизма и в меньшей степени граниты Карелии и Кольского полуострова, в то время как в центральный район материал поступает из двух областей, перечисленных выше. Главным поставщиком эпидота в поверхностные осадки Белого моря являются осадочные (песчаные) отложения Русской плиты, в которых многократно переотложенный эпидот является одним из наиболее встречаемых цветных минералов. Минимальное содержание эпидота (5.7-18%) характерно для осадков пролива Горло. Возможно, эпидот здесь является эдафогенным материалом.

Рис. 4. Схема распределения эпидота в поверхностном слое осадков Белого моря.

Пироксены являются третьей доминирующей группой минералов. В

осадках Белого моря они представлены преимущественно моноклинными

(авгитом, диопсидом, эгирином), реже ромбическими пироксенами

(гиперстеном). Главным источником пироксенов являются габбро,

перидотиты, долериты, андезиты и базальты. На водосборной площади эти

породы широко развиты в Мончегорской интрузии, массиве Ковдор и

Сопчуайвенч Кольского полуострова и локально распространены в

центральной части Карельской области. Клинопироксены наиболее

распространены в поверхностных осадках моря, среди них преобладают

авгиты, второстепенную роль играет эгирин. Максимальные их содержания

приурочены к осадкам Кандалакшского залива - до 10.9% (9.02%), и в

проливе Горло - до 10.6% (6.57%) (рис.5). Ареал высоких содержаний

клинопироксенов связан с размывом габбро-норитов, перидотитов и

пироксенитов, главным образом, района водосбора р. Варзуги и р. Невы

Мурманской области. Минимальные концентрации клинопироксенов (<5%)

характерны для осадков Бассейна, Онежского и Двинского заливов. Но и

14

здесь на отдельных участках наблюдаются локальные повышения содержаний. В северной части Бассейна встречаются участки с содержанием авгита - до 7.11%, а в эстуарии р. Кемь - до 7.47%. Источником его являются локально распространенные габбро-диабазы и габбро-амфиболиты центральной части Карельского пояса.

Рис. 5. Схема распределения моноклинных пироксенов в поверхностном слое осадков

Белого моря.

Ромбические пироксены имеют подчиненное значение и представлены гиперстеном. Распределение ромбических пироксенов имеет противоположный характер в отличие от клинопироксенов. Так в Кандалакшском заливе содержание гиперстена составляет лишь доли процента, возрастая до 2.1%, 1.9% и 1.7% в Двинском и Онежском заливах и Бассейне. Однако, максимальные содержания гиперстена (2.37%), также как и авгита обнаружены в осадках пролива Горло. Плотность гиперстена выше авгита, что делает первого более устойчивым к транспортировке, это является причиной отличия в их распространении.

Гранаты, четвертая наиболее распространенная группа минералов, они накапливаются преимущественно в прибрежных районах Белого моря. Среднее содержание по отдельным районам моря колеблется в пределах от 12.12% до 24.14% (рис.6). Два главных района повышенных содержаний граната имеют разную природу. В проливе Горло зафиксированы максимальные концентрации граната 30.09% при средних значениях 24.14%. Увеличение концентраций граната в этой зоне обусловлено действием гидродинамического фактора. Второй район повышенных содержаний граната (18.3%) отмечается в осадках Онежского залива и восточного побережья Карельского берега. Источником граната в этом районе являются гнейсы и граниты архей-протерозойского возраста. Локальное повышение содержания (до 19.07%) отмечено на небольшой подводной возвышенности в открытой части Двинского залива. На данном участке развиты песчаные и грубообломочные осадки, они формируются за счет наличия течения, идущего из Двинского залива в пролив Горло.

Рис. 6. Схема распределения граната в поверхностном слое осадков Белого моря. При детальном исследовании элементного состава зерен было

выявлено, что они относятся к гранатам альмандин-спессартинового ряда,

16

следовательно, их можно отнести к породам единого комплекса. Изучение морфологии показало доминирование угловато-окатанных и неокатанных форм зерен, что говорит о близком расположении источника сноса.

Кварц и полевые шпаты относятся к осадкообразующим и играют ведущую роль в комплексах обломочных минералов. Так как в качестве породообразующих они встречаются в широком диапазоне пород, по ним весьма затруднительно выделять области питания и минералогические провинции. В данной работе рассмотрению минералов лёгкой подфракции посвящен краткий обзор, показывающий характер распределения и концентрации каждой группы.

По составу легкой подфракции крупного алеврита исследованные осадки принадлежат плагиоклаз-калишпат-кварцевой ассоциации полимиктового типа. Содержание измененных неопределимых зерен обычно не превышает 15%.

Основным источником кварца является сток р. Северной Двины, а также коренные породы - вендские песчаники, обнажающиеся на Зимнем и Летнем берегах. С Карельского и Терского берега поступает относительно обедненный кварцем осадочный материал. В целом осадки зон слабо отличаются по содержанию кварца.

В направлении с севера на юг содержание кварца увеличивается, в то время как концентрации полевых шпатов, напротив, падают. Эта закономерность хорошо просматривается по кварц/полевошпатовому соотношению и связана с распространением в породах кристаллического щита на севере гранитных комплексов, откуда происходит поступление свежего материала, обогащенного кислым плагиоклазам (альбитом).

6.4. Минералогическое районирование поверхностных донных отложений Белого моря. В целом, осадки Белого моря характеризуются чрезвычайно близким составом минералогических ассоциаций, что обусловлено определяющим влиянием в поставке осадочного материала докембрийских и четвертичных пород Карельской и Мурманской областей

17

сноса. В пределах моря выделена единая минералогическая провинция (Беломорская). Она является типично терригенной. Беломорская провинция включает Двинской, Онежский, Кандалакшский заливы, Бассейн и пролив Горло. Геологическое строение провинции и прилегающих районов суши неоднородно, объединяющим фактором является преобладание в составе петро фонда преимущественно глубоко метаморфизованных пород архея и протерозоя. Важнейшими геоструктурными единицами рассматриваемого района являются Лапландско-Беломорский пояс (зона древнейшей архейской складчатости, где распространены кристаллические сланцы, кварциты, гнейсы и амфиболиты), Карельско-Финляндский и Кольско-Норвежский пояс (зона распространения глубокометаморфизованных осадочных и эффузивно-осадочных пород).

Минералогическая провинция Белого моря относится к пироксен-гранат-эпидот-роговообманковой ассоциации. Среднее содержание пироксенов, граната, эпидота и роговой обманки составляет соответственно 5.17, 15.39, 17.8 и 37.09%. Существует довольно отчетливое обособление ведущих групп минералов. Наиболее постоянны в распределении буро—зеленые роговые обманки, эпидот, пироксены, гранат, циркон, апатит, сфен, турмалин, рутил, метаморфические минералы, рудные и актинолит. Менее постоянно и крайне неоднородно распределение хлорита, слюд, андалузита, обломков карбонатных пород, зеленой, бурой и базальтической роговой обманки. Большая часть минералов значимой зависимости от глубины моря не обнаруживает. Исключение составляет содержание тяжелой подфракции, роговая обманка и гранат.

В пределах провинции выделены 5 подпровинций: Центральная, Юго-

Восточная, Восточная, Западная, Северо-Западная (рис.7). Процентное

содержание доминирующих четырех групп минералов рассматриваемых

подпровинций достаточно хорошо отличается друг от друга. Прослеживается

четкая тенденция от Центральной и Юго-Восточной к Восточной

подпровинции по увеличению в осадках содержания граната и рудных, но

уменьшению эпидота и амфиболов. Северо-Западная подпровинция отделяется от Центральной и Западной по максимальным для Белого моря содержаниям клинопироксенов, циркона, а также повышенным концентрациям гранатов. Ведущим поставщиком обломочного материала в осадки этого района является гнейсо-гранитовый комплекс, протягивающийся вдоль западной части Кандалакшского залива и комплекс изверженных магматических пород к северо-востоку от него. Характерная черта Западной подпровинции - это максимальное обогащение осадка буро-зеленой роговой обманкой, при этом содержания гранатов минимальны в данном районе. Центральная подпровинция представляет своего рода усредненную область, с фоновыми значениями минералов. Повышенные количества акцессориев Юго-Восточной подпровинции позволяют выделить её в отдельную область, что может быть объяснено влиянием пород Русской плиты, характеризующихся зрелым минеральным составом, в котором преобладают устойчивые минералы.

Центральная подпровинция занимает Бассейн, самую глубоководную

акваторию Белого моря. В составе подпровинции доминируют буро-зеленая

роговая обманка - до 45.7% (в среднем 35.9%), эпидот - до 25.1% (19.42%),

гранат - до 19.4% (14.84%) и клинопироксен - до 7.11% (4.76%) (таблица 1;

рис.8). Содержание устойчивых минералов (турмалин, рутил) низкое (менее

1, иногда до 1-1.6%>), исключением является циркон - до 5.6% (3.26%).

Концентрации остальных акцессориев невысокие: апатит - до 2.5% (1.36%),

сфен - до 2.9%) (1.62%), метаморфические минералы - до 3.1% (2.14%).

Обломки карбонатных пород - до 11% (1.78%). Наибольшим постоянством в

распределении отличаются эпидот, клинопироксен и акцессории, менее

постоянны буро-зеленая роговая обманка, гранат, циркон, обломки

карбонатных пород и рудные. Неоднородно распределение хлорита, зеленой

роговой обманки и лейкоксена. Для подпровинции характерно постепенное

нарастание количества гранатов и эпидота с юга на север. Источником

поступления обломочных минералов в подпровинцию служат как

19

древнейшие метаморфические и магматические породы Балтийского щита, так и осадочные образования платформенного чехла.

__ Мезенский залив [

/ " V '

1. Юго-Восточная подпровинция

2. Восточная подпровинция

3. Центральная подпровинция 4.Западная подпровинция

5. Северо-Западная подпровинция

Рис. 7. Схема минералогических подпровинций поверхностного слоя (0—5 см) осадков

Белого моря.

Юго-Восточная подпровинция включает Двинской залив и эстуарий р. Северная Двина. Здесь увеличивается содержание акцессорных минералов: циркона - до 5.2% (3.42%), апатита - до 3.2% (1.9%), сфена - до 3.2% (1.9%), турмалина - до 1.8% (1.02%) и рутила - до 1.7% (0.68%). Непостоянством в распределении отличаются гранат, эпидот и буро-зеленая роговая обманка. Более однородный характер распределения минералов свойственен пироксенам, обломкам карбонатных пород и акцессориям. Отдельные максимумы содержания гранатов достигают 19.4-25.43% и приурочены к прибрежным осадкам вдоль Зимнего берега, подверженным воздействию течения, идущего в Горло. К редким минералам с крайне неравномерным распределением относятся андалузит (0.42%), хлорит (0.33%) и пирит (0.34%). Увеличение устойчивых минералов в осадке обусловлено питанием со стороны пород северной части Русской плиты (Архангельская область),

20

минеральный состав почв которых на 47.5% состоит из минералов устойчивой группы [II. 8а1гшпеп е1 а1, 2008].

100%

90 -

80 - 7

70 - 6-

5

60 -50 - 4—

3

40 - 30 - 2

20 -

10 - *

■■I

■ ■ 1 ■

Юго-Восточная Восточная Центральная Северо-Западная Западная подпровинция подпровинция подпровинция подпровинция подпровинция

^роговая обманка 4 |я~|клинопироксен 7| | апатит, андалузит, турмалин,

91—I эпидот Я!—I рудные силлиманит, кианит, рутил, сфен,

1—1 1—1 ставролит

ЗО] гранат БД циркон

анатаз, монацит

Рис. 8. Среднее содержание минералов тяжелой подфракции современных донных

осадков Белого моря.

Специфической особенностью Восточной подпровшщии является значительное увеличение концентраций граната до - 30.09% (24.14%) и рудных минералов - до 14.07% (10.86%), при содержании буро-зеленой роговой обманки (27.9%) и эпидота (10.65%) ниже среднебассейнового. Повышенный фон содержаний характерен для ортопироксена (1.78%), рутила (0.9%), сидерита (0.25%). Главной причиной увеличения концентраций устойчивых минералов (гранат, рутил) и рудных явилась не активное питание с берега, а минералогическая сепарация обломочного материала по гидравлической крупности, что подчеркивается развитием в этой области песчаных осадков. Такая характеристика осадка обусловлена наличием в проливе Горло сильного течения со скоростями достигающими 1.8 м/с. Роговые обманки, слюды - минералы с повышенной миграционной

способностью - выносились за пределы Восточной подпровинции, характеризующейся высокой гидродинамикой придонных вод, что способствовало накоплению их в центральной части бассейна.

Западная подпроеинция занимает северную часть Онежского залива, эстуарий реки Кемь и район Соловецкого архипелага. В ее пределах развиты плохо сортированные пески и алевропелиты с песчаной примесью имеющие преимущественно флювиогляциальное происхождение. Отличительной особенностью является повышенное содержание буро—зеленой роговой обманки - до 53.7% (43.7%), эпидота - до 25.9% (17.52%), апатита - до 7.49% (2.33%), сфена - до 4.06% (2.30%), базальтической роговой обманки - до 3.11% (2.35%) и биотита - до 7.6% (1.87%). Концентрации граната (12.12%) и пироксенов (4.78%) занижены относительно среднебассейновых. Распределение доминирующих минералов в осадке крайне неоднородное. Содержание роговой обманки падает по направлению от эстуария р. Кемь к Бассейну, в то время как значения эпидота и граната, напротив, увеличиваются в северной открытой части Онежского залива. Обширные выходы древнейших гнейсо—гранитов, мигматитов и гранодиоритов вдоль западного побережья акватории и на водосборной территории р. Кемь находят отражение в увеличении в осадках подпровинции концентраций

'3 з

3*

3 ш

о &

<о о с

§ &

I 3 5

го о;

Б § 11

о о ■Л ю

а

з '3 з з з- I (и

Я * Э- з

Б § §

>3 ~

15

5 с

§ ! I '

а> I

!

§

3" 3

«V 0.42 •с

Р'Б г) £

X ж

.Ю «л ГЧ «г »4

гл -т ас ©*

е.") ? о г-т* эс »с

»0 о о

1Э1 © гч «л ае в

о* -т

ШЦ а -с X Г( эс «л

©* •о

£ о о

о «ч эс т ГЦ

чэ ©' 3 £ ГЧ с го"

пу ЭС о о "2 •с о

'01 Я ■с £

с. >с <ч •с сч »л

«К' •с <ч эс VI

п ч г эс

«а эс т сч -г X т" Г*\ ГЧ гч X

«о к эс

г) Г1

.эу »о с £ ^ Г-

нз 5 г-- £ »4*

ня £ Й эс с

•с Э; г» я с т1 V,

¿0 <о эс о эс

•с •с

ИИ чнаоОк э ннря»гц * 5 £ г£ * * * ? 5

роговой обманки и эпидота. К редким минералам, встреченным в виде единичных зерен, относится андалузит, монацит и сидерит.

Северо-Западная подпровинция охватывает Кандалакшский залив. Для минерального комплекса характерно на фоне преобладающих буро-зеленой роговой обманки (34.75%) и эпидота (19.08%) значительное увеличение содержаний граната - до 18.44% (17.68%) и пироксенов - до 10.9% (9.025%). Распределение минералов в осадках однородное, исключение составляют буро-зеленая роговая обманка, эпидот и рудные минералы. Роговая обманка и эпидот имеет тенденцию к увеличению концентраций до 42% и 20.9% соответственно из кутовой части Кандалакшского залива по направлению к открытой зоне, граничащей с Бассейном. В то время как рудные минералы имеют противоположную тенденцию к накоплению до 9.4% во внутренней наиболее мелководной зоне подпровинции. К редким минералам, имеющим довольно неравномерное распределение, относится гиперстен (0.58%) и лейкоксен (0.33%). Обломочный материал является, главным образом, продуктом абразии коренных пород кристаллического фундамента (комплексы магматических и метаморфических пород).

Основным источником обломочных минералов, поставляемых в осадки провинции, являлись переработанные моренные отложения Балтийского щита, свежие выходы гранито-гнейсовых комплексов пород Карельскогого района, вулканогенные породы Кольского полуострова. Второстепенное влияние на формирование минерального состава отложений, проявившееся в осадках Юго-Восточной подпровинции, оказывали осадочные породы Русской плиты, имеющие зрелый минеральный состав.

6.5. Минеральный состав прибрежно-морских россыпей. В разделе рассмотрены особенности россыпеобразования в Беломорском районе в четвертичное время.

6.6. Литолого-минералогический состав позднеледниково-голоценовых отложений Белого моря. Информация об истории и обстановках формирования геологических объектов содержится главным образом в литолого-фациальных особенностях самих пород. История Белого моря может быть надежно восстановлена при изучении осадков, отложенных непосредственно в бассейне. В работе представлены данные изучения трех опорных колонок донных отложений, взятых в Двинском и Онежском заливах. Наиболее древними формированиями рассматриваемых разрезов являются ледниковые отложения, представленные уплотненными монотонными пластичными глинами оливково-серого цвета. Они были вскрыты в донной части колонки 6062 в Онежском заливе. Для позднеледниковых-голоценовых отложений опорными являются разрезы, вскрытые колонками 6062 в Онежском заливе и 6042, 6050 в кутовой и открытой частях Двинского залива. Характерными для позднеледниковых осадков являются глинистые алевриты и алевропелиты оливково-серого и зеленовато-серого цвета. Данным отложениям свойственны мощные прослои гидротроилита и частично скопления органического вещества. Меньше распространены алевриты с песчаной примесью и включениями гальки и гравия. Подобные горизонты были прослежены в позднеледниковых отложениях колонок 6062 и 6050. Осадки переходного этапа от ледниково-

24

морских к морским условиям седиментации представлены, главным образом, плотными глинами коричневато-серого и бурого цвета, в которых проявлены либо редкие стяжения гидротроилита, либо полностью отсутствуют. Отложения этого этапа зафиксированы в нижних частях колонок 6042 и 6062.

Центральная часть Двинского залива. Колонка 6042. В центральной части Двинского залива была взята колонка мощностью 460 см, на глубине 70 м. Сейсмоакустическое профилирование показало, что колонка 6042 представлена двумя различными сейсмостратиграфическими комплексами. Нижнюю её часть (290-460 см) формируют уплотненные коричневато-серые глины, для которых характерны редкие скопления гидротроилита. Данный слой отличается повышением средних содержаний циркона и рутила до 2.6%, 1.3% соответственно, относительным возрастанием содержания кварца и карбонатов на фоне снижения количества полевых шпатов, тяжелых и глинистых минералов. Увеличение концентраций кварца, карбонатов и устойчивых минералов в нижней толще колонки (290-460 см) связаны с влиянием терригенного выноса р. Северная Двина, дренирующей осадочные породы Русской плиты, которые имеют зрелый минеральный состав. Осадки на горизонте 0-290 см представлены слабопесчанистым глинистым алевритом оливково-серого цвета, обогащенного гидротроилитом. Для данной толщи осадков характерны повышенные относительно нижележащего комплекса средние значения полевых шпатов (17.2%), амфиболов (50.3%) и граната (22.4%), что связано со сменой условий осадкообразования в период морского этапа осадконакопления и возобновлением поступления материала из основной питающей области — Балтийского щита.

Восточная часть Бассейна Белого моря. Колонка 6050. В северовосточной открытой части Двинского залива, на глубине 101 м была отобрана колонка 6050. Её мощность составляет 335 см. В работе Новичковой с соавторами были опубликованы данные по пяти АМ8 14С

датировкам. В своем труде авторы показали, что отложения колонки

25

охватывают период времени от пребореала до субатлантического этапа, а, следовательно, могут быть соотнесены с ледниково-морскими и морскими осадками. Из результатов рентгеновской порошковой дифрактометрии валового образца видно как равномерно распределены пять групп осадкообразующих минералов. Максимальные содержания среди них принадлежат кварцу (среднее 26.4%), полевым шпатам (34.7%) и глинистым минералам (25.1%). Группа тяжелых минералов (10.3%) обнаружена во всей толще осадка, но в концентрациях на порядок меньше первых трех групп. Подчиненное значение имеют доломит (1.2%) и гипс (2%). Несмотря на монотонное распределение осадкообразующих групп минералов валового образца, детальное изучение тяжелой крупноалевритовой подфракции указывает на флуктуации содержаний отдельных групп минералов, что может быть сопряжено с изменениями в условиях питания областей сноса.

Отложения, соотносимые с пребореальным и бореальным периодом характеризуется обогащением осадка минералами устойчивой и ультраустойчивой группы, которые в данном р-не являются индикаторами питания осадочными породами Русской плиты. В верхней части осадков субатлантического периода, в тяжелой минеральной ассоциации возрастает роль амфиболов и минералов метаморфической группы и снижается количество устойчивых минералов, а, следовательно, на данном этапе становится менее активным принос материала с южных питающих областей. Таким образом, для ледниково-морских отложений данного разреза мы наблюдаем эпизодические, приуроченные к смене обстановок осадконакопления, проявления более интенсивной подачи обломочного материала из южной питающей области (Русской плиты).

Северо-восточная часть Онежского залива. Колонка 6062. В северной

части Онежского залива к югу от о-ва Анзер Соловецкого архипелага, на

глубине 71 м получена колонка 6062. Детальные исследования возраста

осадков были опубликованы в статье Новичковой с соавторами, где

приведены данные абсолютного датирования ЛМЯ |4С и палинологического

26

анализа, согласно которым накопление вскрытой толщи осадков происходило с позднего аллерёда по современность. Данные сейсмоакустического профилирования показали, что колонка 6062 была отобрана в толще отложений соответствующих морской, переходной и ледниково-морской обстановке осадконакопления. В отложениях возрастом 11-9 тыс. к. л обогащение тяжелой крупноалевритовой подфракцией достигает 11%. Они характеризуются повышенными концентрациями устойчивых минералов (до 11.5%), которые, как известно, являются индикаторами питания с Русской плиты. Современным морским осадкам, залегающим в вышележащей толще, свойственна пироксен-эпидот-гранат-роговообманковая ассоциация типичная для четвертичных отложений Балтийского щита.

Количественные изменения в составе главных акцессорных минералов рассмотренных колонок донных отложений связаны чаще всего с различиями гранулометрии осадка. Так, слюдами обогащены алевриты, а гранатами и минералами групп амфиболов и пироксенов — песчаные разности. Некоторые особенности в распределении акцессорных минералов фиксируются в отложениях различных климатических периодов.

В изученных колонках зафиксирована единая амфибол—гранат-эпидот— пироксеновая ассоциация, но соотношение акцессорных минералов в морских, переходных и ледниково-морских отложениях колеблется. Осадки пребореала характеризуются повышением относительно вышележащих слоев содержаний рудных минералов, рутила, циркона и турмалина. Отложениям, относимым к атлантическому-субатлантическому периоду, соответствует та же амфибол-гранат-эпидот-пироксеновая ассоциация, однако отличительной чертой являются повышенные, относительно более древних, концентрации эпидота и буро-зеленой роговой обманки.

Таким образом, наиболее существенными отличиями в составе и

соотношении акцессорных минералов отложений разного возраста в

колонках донных отложений Двинского и Онежского заливов являются:

27

повышенное содержание рудных и минералов устойчивой группы в позднеледниковых отложениях. Высокие концентрации граната, амфиболов, пироксенов и эпидота в морских осадках атлантики-субатлантики.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты исследования тяжелой подфракции в поверхностных донных отложениях (0-5 см) и колонках из Двинского и Онежского заливов Белого моря заключаются в следующем:

1. Приведенные данные о распределении и содержании тяжелых минералов в донных осадках Белого моря свидетельствуют о том, что этот район характеризуется одним комплексом основных тяжелых минералов и представляет собой пироксен-эпидот-гранат-амфиболовую терригенно— минералогическую провинцию. Пространственное распределение акцессорных минералов позволяет выделить в поверхностных донных осадках Белого моря 5 минералогических подпровинций: Центральная, Юго-Восточная, Восточная, Западная, Северо-Западная.

2. По своему минералогическому составу современные донные осадки Белого моря тесно связаны с Кольско-Карельской питающей провинцией, для которой характерны минералы группы амфиболов, пироксенов, эпидота, граната и других. Эта связь осуществлялась в результате поступления моренного материала, привнесения терригенного материала в составе аллювия рек Кемь, Варзуга, Поной, в меньшей степени за счет абразии коренных берегов моря.

3. Источником устойчивых, ультраустойчивых и карбонатных минералов являются осадочные отложения Русской плиты. Ведущая роль юго-восточной питающей провинции в формировании минерального состава осадков Восточной подпровинции подчеркивается заметными содержаниями в осадках гиперстена и граната с преобладанием пироповой составляющей, ассоциирующиеся с отложениями Зимнего берега.

4. Наиболее существенными отличиями в составе и соотношении акцессорных минералов осадков разного возраста в колонках донных отложений Двинского и Онежского заливов являются: повышенное содержание рудных и минералов устойчивой группы в позднеледниковых отложениях. Высокие концентрации граната, амфиболов, пироксенов и эпидота в морских осадках атлантики-субатлантики.

5. Сопоставление ассоциации тяжелых минералов осадков Карского, Белого и Баренцева морей показало господство единого набора минералов (клинопироксен-эпидот-гранат-роговообманковый), при этом области питания для каждого района имеют свою специфику.

Породам древнего кристаллического щита принадлежит главная роль в формировании тяжелой подфракции осадков Белого моря и Южной части Баренцева моря. Влияние сноса материала Русской плиты отражается на составе тяжелой подфракции Восточной части Баренцева моря. Осадки Карского моря, несмотря на качественную схожесть минералогического состава тяжелой подфракции имеют уникальные питающие провинции, не перекликающиеся с таковыми для Белого моря.

Список работ, опубликованных по теме диссертации в следующих периодических изданиях, рекомендованных ВАК:

В.П. Шевченко, P.A. Ананьев, А.И. Гусакова (Мамочкина), H.H. Дмитриевский, М.Д. Кравчишина, A.B. Мишин, Н.В. Политова, М.С. Потахин, A.B. Толстиков, A.C. Филиппов, AJI. Чульцова. Исследование системы Белого моря в июле 2010 г. В рейсе научно-исследовательского судна «Эколог» // Океанология. 2011. Т.51. №6. С. 1137-1140. А.И. Гусакова (Мамочкина). Минеральный состав современных донных осадков Белого моря // Океанология. 2013. Т.53. №2. С. 249-258. А также в следующих публикациях:

А.И. Гусакова (Мамочкина), О.М. Дара. Минеральный состав поверхностных донных осадков Белого моря. Геология морей и океанов.

Мат. 19 Межд. Науч. Конф. (Школы) по морской геологии. М.: ГЕОС, 2011. Т.З. С. 133-137.

А.И. Гусакова (Мамочкина), О.М. Дара. Терригенно-минералогические ассоциации позднеледниковых-голоценовых отложений Белого моря. Геология морей и океанов. Мат. 20 Межд. Науч. Конф. (Школы) по морской геологии. М.: ГЕОС, 2013. Т.З. С. 140-145.

A.I. Gusakova (Mamochkina). Distribution of marine, glacial-marine and glacial sediments in the north part of the Dvina Bay (the White Sea). 5th International symposium on underwater research (March 17-19, 2011). Eastern Mediterranean University. Famagusta/Turkish Republic of Northern Cyprus. P. 27-29. A.I. Gusakova (Mamochkina). Heavy-mineral provenance of the White Sea surface sediments. Geo-Temas. 2012. V.13. P. 207-208.

A.I. Gusakova (Mamochkina), O.M. Dara. Lithology of holocene - late pleistocene sediments of the White Sea. International Conference on Geology and Geophysics (December 3-5,2013). Sanya, China.

Подписано в печать:

15.11.2014

Заказ № 103 62 Тираж - 100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru