Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Вендский фосфогенез на Восточно-Европейской платформе и геохимические фации фосфоритообразования в позднем докембрии-кембрии

ВАК РФ 25.00.09, Геохимия, геохимические методы поисков полезных ископаемых

Содержание диссертации, доктора геолого-минералогических наук, Фелицын, Сергей Борисович

Введение.

Глава 1. Сущность проблемы и обоснование подхода к изучению геохимических фаций венд-кембрийского фосфогенеза.

1.1. Изменение цикла фосфора на границе докембрия и фанерозоя.

1.2. Тонкозернистые терригенные отложения, аутигенные фосфаты и осадочное органическое вещество как объекты изучения при геохимическом анализе фаций.

1.3. Материалы и методы.

Глава 2. Систематики петрогенных, малых, редких и рассеянных элементов в верхневендских тонкозернистых терригенных осадочных породах и вулканических туфах ВЕП.

2.1. Элементный состав вендских глинистых сланцев Восточно-Европейской платформы.

2.1.1. Содержание петрогенных элементов.

2.1.2. Малые элементы и РЗЭ.

2.1.3. Содержания Аи в верхневендских глинистых сланцах и аргиллитах

2.2. Геохимия верхневендских вулканических туфов ВЕП.

2.2.1. Положение туфов в разрезе.

2.2.2. 81/А1 отношение, содержания Ъх и У в туфогенных горизонтах и вмещающих породах.

2.2.3 РЗЭ в редкинских туфах ВЕП.

2.2.4. Редкинский вулканизм и фосфогенез.

2.2.5. Накопление фосфора при выветривании тефры.

2.3. Фосфор в венд-кембрийских отложениях ВЕП.

2.3.1. Содержание Р2О5 в вендских отложениях ВЕП.

2.3.2.Распределение содержаний Р2О5 по разрезу венда ВЕП.

2.3.3. Ьа/УЬ в разрезах верхнего венда ВЕП.

2.3.4. Выветривание и фосфогенез на ВЕП в позднем венде - раннем докембрии.

Краткие выводы.

Глава 3. Содержание микроэлементов и изотопный состав углерода в органическом веществе из разрезов венд-кембрия ВЕП.

3.1. Содержание металлов в органическом веществе венд-кембрия ВЕП.

3.2. РЗЭ в осадочном органическом веществе из разрезов венд-кембрия ВЕП.

3.2.1. Распределение РЗЭ в осадочном органическом веществе.

3.3. Изотопный состав углерода органического вещества из разрезов венд-кембрия ВЕП.

3.4. Органическое вещество как преконцентратор элементов при образовании осадочных фосфатов.

Краткие выводы.

Глава 4. Геохимические индикаторы в венд-кембрийских осадочных и биогенных фосфатах.

4.1. Состав позднедокембрийских-кембрийских фосфоритов.

4.2. Се аномалия в венд-кембрийских фосфатах.

4.3. ТИ/Бт отношение, величина СеаНомИ содержание Ыа в фосфатах.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Вендский фосфогенез на Восточно-Европейской платформе и геохимические фации фосфоритообразования в позднем докембрии-кембрии"

Актуальность проблемы. Граница докембрий-кембрий представляет собой важнейший рубеж в эволюции биосферы, значимость которого определила образное название "кембрийского взрыва" для характеристики внезапного появления диверсифицированной раннекембрийской биоты, в т.ч. скелетных форм. В свете этого переходные докембрий-кембрийские слои являются объектом детальных исследований в течение многих лет. Результатом подобных исследований явилось, в частности, открытие ряда геохимических аномалий в переходных слоях, устанавливаемых в глобальном масштабе и предположительно связанных с изменениями биогеохимических циклов на границе докембрий-кембрий. Одним из впечатляющих свидетельств изменений геохимического цикла элементов-нутриептов является венд-кембрийская эпоха глобального фосфогенеза - более 20% разведанных запасов фосфора, представленных исключительно микрозернистыми (пеллетными) фосфоритами, накопилось в венде и кембрии. Наиболее известными фосфоритоносными бассейнами указанного возраста являются Южно-Китайский, Хубсугульский и Каратауский, менее значительные месторождения фосфоритов венд-кембрийского возраста известны на всех континентах, исключая Северную Америку (Cook, Shergold, 1984). Поскольку венд-кембрийская эпоха фосфогенеза была первой эпохой глобального накопления фосфоритов и учитывая особую роль фосфора в метаболизме организмов, совмещенность во времени фосфогенеза и эволюционных событий на границе венд-кембрий допускает наличие причинно-следственной связи между этими явлениями. Решающее значение для установления природы взаимосвязи между биотическими событиями и изменениями в цикле фосфора приобретает вопрос о механизме образования крупных залежей осадочных фосфоритов. Начиная с классических работ А.В.Казакова в 30-х годах XX века, модель апвеллинга традиционно рассматривается в качестве наиболее приемлемой для объяснения способа поступления растворимых фосфатов в высокопродуктивные зоны шельфа, см. обзор Батурина (1999), при этом источником фосфатов является океанический резервуар фосфора. Наряду с этим имеются месторождения фосфоритов (например, Дуви в Египетском фосфоритоносном бассейне мелового возраста), для которых достоверно установлен континентальный источник фосфора. На возможность поступления значительных количеств фосфора в бассейны осадконакопления при эрозии континентальных блоков указывал Г.И.Бушинский, а в последнее время концепция континентального источника фосфора аргументируется в работах В.Н.Холодова. Изучение микроэлементного и изотопного состава осадочных фосфатов позволяет оценить геохимические фации образования фосфоритов и, таким образом, является важным компонентом исследований в фосфатной геологии. Полученные результаты могут существенно дополнить представления о вариации биогеохимических циклов на рубеже докембрий-кембрий и способствовать воссозданию особенностей палеоэкологических обстановок, на фоне которых происходили кардинальные изменения органического мира Земли.

Цели и задачи. Главной целыо исследований являлось определение палеогеографических обстановок венд-кембрийского этапа фосфогенеза в терминах геохимического анализа фаций, установление вариаций цикла фосфора в стратотипической области позднего докембрия (венда) и выявление особенностей континентального выветривания в эпоху формирования вендских фосфоритов на Восточно-Европейской платформе. Методической основой работы является использование комплекса геохимических индикаторов обстановок осадконакопления в осадочных фосфоритах и вмещающих тонкозернистых терригенных отложениях опорных разрезов позднего докембрия

- раннего кембрия. Достижение поставленной цели предполагает решение следующих задач:

- детальное опробование разрезов осадочных последовательностей венд-кембрийского возраста на Восточно-Европейской платформе;

- геохимическое и изотопно-геохимическое изучение осадочных фосфатов, органического вещества и вмещающих пород с последующим созданием соответствующего массива аналитических данных;

- применение апробированных геохимических индикаторов при интерпретации данных по микроэлементному и изотопно-геохимическому составу венд-кембрийских осадочных фосфатов.

Фактический материал. Основу работы составляют результаты исследований, проведенных автором в период с 1984 по 2000 г. по проектам НИР ИГГД РАН, Международного научного фонда (ВБ), ШТАБ 94-2796, Российского фонда фундаментальных исследований 94-05-17439 и 96-05-64781, а также по проектам, поддержанным грантами и стипендиями Шведского Института (81) и Шведской Королевской Академии наук (КУА). Фактический материал был собран во время полевых исследований на Русской плите, в Восточной Сибири и в Ю.Китае; помимо этого использовалась база данных "РКЕСБЕВ", созданная в ИГГД под руководством проф. А.В.Сочавы, и материалы коллекций А.П.Губанова, Д.С.Пиля и М.Мошидловской (Уппсальский Университет, Швеция).

В рамках настоящей работы получены оригинальные данные по содержанию фосфора и других петрогенных элементов в 1278 образцах осадочных пород и вулканитов различного состава и фациальной принадлежности, данные по микроэлементному составу в 405 образцах глинистых сланцев, осадочного органического вещества (керогенов) и фосфоритов венд- кембрийского возраста, а также 68 определений изотопного состава N(1 в фосфоритах. Аналитическая часть работы выполнена в ИГГД РАН, Санкт- Петербургском государственном университете и Опытно-методической экспедиции ПГО "Севзапгеология".

Основные защищаемые положения

Положение 1-ое. Вендский фосфогенез на Восточно-Европейской платформе является региональным событием; при этом вендские тонкозернистые терригенные отложения (в т.ч. вмещающие горизонты фосфоритов) содержат пониженные содержания фосфора по сравнению со средним содержанием в постархейских сланцах.

Положение 2-ое. Фосфоритоносные горизонты позднего венда на ВосточноЕвропейской платформе отлагались в условиях интенсивного континентального химического выветривания.

Положение 3-е. Масштабы эксплозивного вулканизма в позднем венде на периферии ВЕП позволяют рассматривать его в качестве главного фактора, определившего геохимические особенности фосфорит-содержащих слоев редкинского горизонта.

Положение 4-ое. Образование венд-кембрийских биогенных, микрозернистых и конкреционных фосфоритов происходило в обстановках осадконакопления, геохимический фон каковых в значительной мере определялся континентальным сносом.

Новизна и научная значимость. Впервые получен комплекс геохимических и изотопно-геохимических данных по составу венд-кембрийских осадочных фосфатов - конкреций, микрозернистых фосфоритов и фосфатизированных мягких тканей раннекембрийских моллюсков. Установлен региональный характер вендского фосфогенеза и выявлены значительные вариации цикла фосфора в венд-кембрии на Восточно-Европейской платформе. Показана возможность использования элементного состава органического вещества (органические фоссилии и керогены) при геохимическом анализе фаций. Установлена связь вендского фосфогенеза с интенсивностью химического выветривания на терригенной платформе в вендское время и возможная связь континентального выветривания с эксплозивным вулканизмом.

Практическое значение работы. Детальное изучение микроэлементного и изотопного состава фосфатизированных мягких тканей раннекембрийских Не1скжс1кж1а показало принципиальную возможность использования указанных фоссилий в качестве объектов изучения Sm-Nd систематик. Широкое распространение подобных фосфатизированных останков в переходных венд-кембрийских слоях существенно расширяет возможности датирования применительно к карбонатным и терригенным осадочным разрезам. Установленный факт аккумуляции золота осадочными фосфатами позволяет более надежно оценивать масштабы золотоносности осадочного чехла ВосточноЕвропейской платформы.

Апробация полученных результатов. Основные положения диссертации изложены и обсуждены на заключительном совещании по проекту IGCP 293 "Геохимические маркеры в фанерозое" (Эрлангеи, 1994), Всероссийском совещании "Палеогеография венда - раннего палеозоя" (Екатеринбург, 1996) и 11-ой конференции Ассоциации геологических обществ Европы - MAEGS-11 (Alicante, 1999). Автором также представлены доклады по отдельным разделам на семинарах Института наук о Земле Уппсальского университета (Швеция) и Института Геологии и Минеральных Ресурсов Академии Геологических Наук (г.г. Ичан и Тяньцзинь, КНР).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 27 статьях и кратких сообщениях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из 5 глав и 30 разделов, изложенных на 293 страницах, содержит 45 рисунков, 21 таблиц и 2 приложения. Список литературы содержит 310 ссылок.

Благодарности. Автор считает своим долгом выразить глубокую признательность и благодарность своим учителям и старшим товарищам А.В.Сочаве и Г.Видалю. Их понимание проблемы и доброжелательная поддержка были определяющими на всех стадиях работы. Автор выражает благодарность А.А.Кольцову, В.А.Матреничеву, Ю.Амелину, Б.В.Беляцкому,