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 94−05−17 439 и 96−05−64 781, 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. Китаепомимо 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 вендкембрийского возраста, а также 68 определений изотопного состава N (1 в фосфоритах. Аналитическая часть работы выполнена в ИГГД РАН, СанктПетербургском государственном университете и Опытно-методической экспедиции ПГО «Севзапгеология» .

Основные защищаемые положения.

Положение 1-ое. Вендский фосфогенез на Восточно-Европейской платформе является региональным событиемпри 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,.