Отправить статью по E-mail Sr-хемостратиграфия Нижней Перми Омолонского массива (Северо-Восток Азии): первые данные и значение для корреляции с Международной стратиграфической шкалой
- Авторы: Бяков А.С.1, Кузнецов А.Б.2, Ганелин В.Г.3, Брынько И.В.1, Чеботарева В.А.2, Ведерников И.Л.1
-
Учреждения:
- Северо-Восточный комплексный научно-исследовательский институт им. Н.А. Шило Дальневосточного отделения Российской академии наук
- Институт геологии и геохронологии докембрия Российской академии наук
- Геологический институт Российской академии наук
- Выпуск: Том 518, № 2 (2024)
- Страницы: 244-251
- Раздел: СТРАТИГРАФИЯ
- Статья получена: 24.01.2025
- Статья одобрена: 24.01.2025
- Статья опубликована: 15.10.2024
- URL: https://journal-vniispk.ru/2686-7397/article/view/277822
- DOI: https://doi.org/10.31857/S2686739724100066
- ID: 277822
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Впервые получена Sr-хемостратиграфическая характеристика морских отложений нижней перми Омолонского массива Северо-Востока Азии на основе изучения раковин брахиопод хорошей сохранности. Отношение 87Sr/86Sr в брахиоподах из нижнепермских региональных горизонтов (региоярусов) заключено в пределах: орочский – 0.70786–70794, огонерский – 0.70744–0.70786, коаргычанский – 0.70745–0.70748, халалинский – 0.70742–0.70735. Полученные Sr-изотопные данные демонстрируют хорошую сходимость со стандартной кривой вариации отношения 87Sr/86Sr в пермском океане. Новые Sr-изотопные данные могут быть использованы для прямой корреляции подразделений Региональной стратиграфической шкалы Северо-Востока России с ярусами Международной стратиграфической шкалы перми. На основе новых данных доказан ассельский возраст орочского региояруса нижней части пермского разреза Омолонского массива, а также уточнена региональная корреляция верхнесакмарского интервала, установленного ранее по биостратиграфическим данным.
Полный текст
Пермские отложения Северо-Востока России являются единственной полной морской осадочной последовательностью пермской системы в Северной Евразии и поэтому во многом уникальны. Они хорошо охарактеризованы ископаемой фауной – мелкими фораминиферами, брахиоподами, двустворчатыми моллюсками, а в нижней части перми и её верхах – и аммоноидеями. По этим группам разработаны детальные биостратиграфические подразделения, составляющие Региональную стратиграфическую шкалу (РСШ) перми и позволяющие проводить надёжную корреляцию разрезов в пределах высокоширотной части Бореальной палеобиогеографической надобласти. В то же время вследствие очень большого эндемизма северо-восточно-азиатской фауны прямая корреляция пермских отложений Северо-Востока России с Международной стратиграфической шкалой (МСШ) крайне затруднена.
В последнее десятилетие проблема корреляции среднеи верхнепермского интервала разрезов Северо-Востока России успешно решается благодаря использованию прецизионных методов U‒Pb-изотопного датирования цирконов из пермских туфов ([1] и др.) и методов углеродной и стронциевой изотопной хемостратиграфии ([2–4] и др.). Однако, в нижнепермских отложениях до сих пор не найдены прослои синхронных туфов. Находки аммоноидей, особенно в разрезах Колымо-Омолонского региона, крайне редки, а сами они эндемичны. Особенно это касается ассельско-артинского интервала и положения каменноугольно-пермской границы в регионе, которое вызывало и вызывает много споров [5–7].
В условиях отсутствия вулканогенных туфов и редкой встречаемости руководящей фауны, одним из действенных подходов для межрегиональной корреляции и уточнения возраста морских отложений является метод стронциевой изотопной хемостратиграфии (strontium isotope stratigraphy – SIS). Метод SIS опирается на стандартную кривую вариаций отношения 87Sr/86Sr в палеоокеане и применяется для датирования и корреляции морских карбонатных отложений и ископаемых остатков с карбонатной раковиной [8, 9]. Специальные исследования показали, что ископаемые остатки раковин двустворок, брахиопод, аммоноиндей и белемнитов могут сохранять первичное отношение 87Sr/86Sr среды обитания при отсутствии диагенетических и эпигенетических изменений [8, 10–13]. Начиная с конца карбона и на протяжении всей ранней перми, отношение 87Sr/86Sr в океане устойчиво и быстро понижалось, благодаря чему его можно с успехом использовать для определения возраста отложений [8].
Недавно нами были опубликованы результаты определения отношения 87Sr/86Sr в раковинах брахиопод из верхов средней и верхней перми Омолонского массива, позволившие установить хорошую применимость SIS для решения стратиграфических задач в Колымо-Омолонском регионе [3]. В настоящей статье мы представляем первые результаты Sr-изотопного изучения брахиопод из нижней перми этого региона.
Омолонский массив является лучшим объектом на Северо-Востоке Азии для проведения Sr-хемостратиграфических исследований. Пермские отложения, входящие в состав чехла массива, имеют хорошую охарактеризованность остатками фауны и спокойные условия залегания. Сами окаменелости, значительную часть которых представляют брахиоподы-спирифериды, одни из лучших объектов для изучения изотопного состава Sr, поскольку почти не подвержены процессам эпигенеза.
Объектом изучения предлагаемой статьи послужили раковины брахиопод, преимущественно спириферид хорошей сохранности, происходящие из трёх разрезов нижней перми южной части Омолонского массива и его юго-восточного обрамления (рис. 1).
Рис. 1. Географическое положение изученных разрезов на территории Северо-Востока России. 1 – разрез по р. Русская-Омолонская, 2 – разрез по р. Мунугуджак, 3 – разрез по р. Парень. Пунктирной линией показан контур Омолонского массива
Материал был отобран во время комплексных полевых исследований пермских отложений в 2006, 2014 и 2015 гг. В процессе отбора образцов особое внимание уделялось отсутствию признаков вторичных изменений раковинного вещества: ожелезнения, окремнения и перекристаллизации. Всего из нижнепермских отложений было отобрано 19 образцов. Определённая неравномерность отбора образцов обусловлена разной встречаемостью пригодных для изучения брахиопод (рис. 2).
Рис. 2. Стратиграфическое положение отобранных образцов и вариации величины 87Sr/86Sr в раковинах брахиопод нижней перми в разрезах по р. Мунугуджак, р. Русская-Омолонская и р. Парень (Омолонский массив и его юго-восточное обрамление, Северо-Восток Азии)
После визуального контроля, часть образцов изучена термолюминесцентным методом, показавшим пригодность практически всего материала для последующего изотопного изучения. Большая часть образцов (13 шт.) была исследована в ИГГД РАН. Содержания Mg, Sr, Mn и Fe в карбонатной составляющей истертых образцов после их растворения в 0.6 N HCl определялись методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (табл. 1). Изучение изотопного состава Sr образцов проводилось в обогащённых карбонатных фракциях, после предварительного выщелачивания [14]. Измерение изотопного состава Sr проводилось на многоколлекторном масс-спектрометре Triton TI. Воспроизводимость параллельных измерений изотопных стандартов SRM-987 и EN-1 составила ±0.002% (2SD). Значение 87Sr/86Sr в стандартном образце eN-1 равнялось 0.709174±0.000004 (2*средн., n = 7). Расхождение отношения 87Sr/86Sr в образцах по результатам повторных опытов не превышало 0.000006. (см. табл. 1). Несколько образцов (6 шт.) были изучены в Университете Лидса, в котором карбонатные порошки предварительно выщелачивали, а изотопный состав Sr измеряли на термоионизационном масс-спектрометре Triton [3]. Точность измерений составляла менее 0.000009. Все измеренные значения 87Sr/86Sr в образцах приведены к значению 0.710248 в стандарте SRM-987.
Таблица 1. Содержания Mg, Mn, Fe, Sr и отношение 87Sr/86Sr в раковинах брахиопод из нижнепермских разрезов Омолонского массива и его юго-восточного обрамления, Северо-Восток Азии
Образец | Разрез* | Брахиоподы | Mg % | Mn ppm | Fe ppm | Sr ppm | Mn/Sr | Fe/Sr | 87Sr/86Sr |
Русско-омолонский горизонт | |||||||||
90/АБ-14 | 1 | Tumarinia sp. | 0.09 | 45 | 130 | 880 | 0.05 | 0.1 | 0.70708 |
Халалинский горизонт | |||||||||
83-2/АБ-14 | 1 | Tumarinia sp. | 0.26 | 690 | 4600 | 700 | 0.99 | 6.6 | 0.70720 |
87а/АБ-14 | 1 | Tumarinia sp. | 0.15 | 120 | 350 | 860 | 0.14 | 0.4 | 0.70739 |
87в/АБ-14 | 1 | Tumarinia sp. | 0.12 | 100 | 210 | 900 | 0.11 | 0.2 | 0.70735 |
89-2/АБ-14 | 1 | Neospirifer sp. | 0.11 | 200 | 500 | 1000 | 0.20 | 0.5 | 0.70742 |
62-1/АБ-14 | 2 | Tumarinia sp. | 0.12 | 82 | 930 | 890 | 0.09 | 1.0 | 0.70736 |
Коаргычанский горизонт | |||||||||
80-7/АБ-14 | 1 | Neospirifer sp. | 0.13 | 67 | 300 | 1300 | 0.05 | 0.2 | 0.70745 |
80-5/АБ-14 | 1 | Neospirifer sp. | 0.09 | 11 | 150 | 1100 | 0.01 | 0.1 | 0.70748 |
80-4/АБ-14 | 1 | Neospirifer sp. | 0.11 | 10 | 120 | 1200 | 0.01 | 0.1 | 0.70746 |
82-4/АБ-14 | 1 | Neospirifer sp. | 0.24 | – | 2200 | 900 | – | 2.5 | 0.70747 |
82-1/АБ-14 | 1 | Neospirifer sp. |
| – | – | – | – | – | 0.70744 |
Огонерский горизонт | |||||||||
81-2/АБ-14 | 1 | Pterospirifer sp. | 0.40 | – | 2100 | 760 | – | 3.8 | 0.70755 |
79-5/АБ-14 | 1 | Neospirifer sp | 0.15 | 90 | 1700 | 1100 | 0.08 | 1.5 | 0.70756 |
79-4/АБ-14 | 1 | Neospirifer sp. |
| – | – | – | – | – | 0.70784 |
79-3/АБ-14 | 1 | Pterospirifer sp. | 0.32 | – | 3500 | 590 | – | 5.9 | 0.70786 |
79-1/АБ-14 | 1 | Neospirifer sp. | 0.46 | – | – | 60 | – | – | 0.70775 |
Орочский горизонт | |||||||||
4-9/АБ-06 | 3 | Verchojania sp. | 0.16 | 770 | 1100 | 1200 | 0.64 | 0.9 | 0.70771 |
4-6/АБ-06 | 3 | Neospirifer sp. | 0.16 | 120 | 3100 | 1100 | 0.11 | 2.8 | 0.70794 |
4-4/АБ-06 | 3 | Verchojania sp. | 0.21 | 260 | 1900 | 1300 | 0.20 | 1.5 | 0.70786 |
Примечание. *Разрезы: 1 – р. Русская-Омолонская, 2 – р. Мунгуджак, 3 – р. Парень. Курсивом показаны образцы, не удовлетворяющие геохимическим критериям и не пригодные для целей SIS.
Отбор образцов, пригодных для оценки изотопного состава Sr в морской воде проведён на основе геохимического изучения. Раковины брахиопод, также как и карбонатные породы, в ходе вторичных преобразований обычно обогащаются Mn и Fe и теряют часть Sr, поэтому эти элементы использованы для диагностики диагенетической перекристаллизации ископаемых остатков [9].
Содержание Sr в большинстве изученных раковин брахиопод варьирует от 590 до 1300 ppm (таблица 1), что в среднем ниже, чем в раковинах современных моллюсков (1100–2200 ppm) [10], но сопоставимо с древними ископаемыми кальцитовыми раковинами [12, 13]. При этом, содержание Sr в изученных брахиоподах существенно ниже этого содержания в аммоноидеях и арагонитовых раковинах (рис. 3). Исключение составляет лишь один образец 79-1/АБ-14, в котором концентрация Sr опускается до 60 ppm (таблица 1). Важно отметить, что среди изученных раковин содержание Sr у представителей разных родов пермских брахиопод значительно различаются. Так, раковины брахиопод Neospirifer и Verhojania имеют наиболее высокие концентрации Sr 900–1300 ppm, а Tumarinia и Pte rospirifer значительно меньшие 590–900 ppm (см. рис. 3). Это различие может объясняться либо особенностями метаболизма, либо разной степенью диагенетической перекристаллизации.
Рис. 3. Сравнение содержаний Mn, Fe и Sr в изученных раковинах брахиопод с опубликованными данными по древним морским ископаемым [10–13]. Пунктирные линии на диаграммах отделяют области наименее изменённых образцов, использованных для SIS-корреляции. 1 – Tumarinia sp., 2 – Neospirifer sp., 3 – Pterospirifer sp., 4 – Verchojania sp., 5 – кальцитовые раковины, 6 – арагонитовые раковины, 7 – аммоноидеи
Содержания Mn и Fe в изученных брахиоподах остаются в пределах 10–260 ppm и 120– 3100 ppm, но в некоторых образцах повышается до 690–770 ppm и 3500–4600 ppm, соответственно. Столь широкие вариации указывают на диагенетическую перекристаллизацию раковин. Однако большинство образцов соответствуют геохимическим критериям пригодности материала для целей SIS (таблица 1): Mn/Sr<0.2 и Fe/Sr<3 (рис. 3). Эти параметры соответствуют наиболее жёстким критериям, применяемым при изучении даже докембрийских известняков [14].
Отношение 87Sr/86Sr в брахиоподах хорошей сохранности определяет Sr-изотопную специфику каждого региояруса разреза нижней перми Омолонского массива. Отношение 87Sr/86Sr в орочском горизонте заключено в пределах 0.70786–70794, в огонерском – 0.70744–0.70786, в коаргычанском – 0.70745–0.70748, в халалинском – 0.70742–0.70735 (рис. 4). Построенный нами тренд понижения 87Sr/86Sr обнаруживает хорошую сходимость с опубликованной стандартной кривой вариаций отношения 87Sr/86Sr в раннепермском океане [8]. Это указывает на то, что Колымо-Омолонский палеобассейн свободно сообщался с Мировым океаном в раннепермское время.
Рис. 4. Сопоставление кривых вариации отношения 87Sr/86Sr для нижней перми. Сокращения: ГВ. – гваделупский отдел (нижняя часть), Рд. – роудский ярус (нижняя часть), Р.-О. – русско-омолонский горизонт. (нижняя часть), Boch. – Bocharella. В графе “региональные зоны” тёмно-зелёным цветом показаны зональные интервалы увеличения таксономического разнообразия, жёлтым – вымирания. Реперная изотопная дата принята по (Бяков А.С., Ведерников И.Л., Брынько И.В. На пути совершенствования Региональной стратиграфической схемы перми Северо-Востока России: результаты и достижения последнего десятилетия // Вестник СВНЦ ДВО РАН. 2020 № 1. С. 47–56)
Значения 87Sr/86Sr для раковин брахиоподы-спирифериды Pterospirifer terekhovi Zavodowsky и брахиоподы-продуктиды Verkhoyania mirandus Ganelin из самых древних пермских отложений региона равны 0.70786–0.70794. Это доказывает, что верхи региональной зоны Verchojania mirandus – Prothyris elongatus и основание региональной зоны Verchojania expositus – Euchondria? mira (верхняя часть орочского региояруса) относятся ко второй половине ассельского яруса (см. рис. 4).
Другой важный вывод, вытекающий из полученных результатов – нами подтвержден раннеартинский возраст региональной зоны Jakutoproductus rugosus – Cypricardinia borealica [19] (см. рис. 4), а не позднесакмарский, как это предполагалось рядом исследователей [20]. Полученные Sr-изотопные данные также хорошо демонстрирует соответствие региональной зоны Megousia aagardi – Aphanaia lima переходным верхнеартинско-нижнекунгурским слоям.
Таким образом, проведённое исследование позволило доказать соответствие нижней части разработанной авторами РСШ ассельскому ярусу МСШ пермской системы и подтвердить сделанные ранее датировки других установленных биостратиграфических зон. Дальнейшие хемостратиграфические исследования изотопного состава Sr необходимо сосредоточить в пограничном гжельско-артинском интервале для более точного установления в регионе границы карбона и перми.
БЛАГОДАРНОСТИ
Авторы искренне признательны Д.П.Г. Бонду (Университет Халла, Великобритания) за финансовую помощь при проведении полевых работ 2014 и 2015 гг., Я. Харви (Университет Лидса, Великобритания) за аналитические исследования Sr в ряде проб и Т.В. Филимоновой (ГИН РАН), участвовавшей в полевых работах.
ИСТОЧНИК ФИНАНСИРОВАНИЯ
Исследование выполнено при финансовой поддержке РНФ (проект № 24-27-00180).
Об авторах
А. С. Бяков
Северо-Восточный комплексный научно-исследовательский институт им. Н.А. Шило Дальневосточного отделения Российской академии наук
Автор, ответственный за переписку.
Email: abiakov@mail.ru
Россия, Магадан
А. Б. Кузнецов
Институт геологии и геохронологии докембрия Российской академии наук
Email: abiakov@mail.ru
член-корреспондент РАН
Россия, Санкт-ПетербургВ. Г. Ганелин
Геологический институт Российской академии наук
Email: abiakov@mail.ru
Россия, Москва
И. В. Брынько
Северо-Восточный комплексный научно-исследовательский институт им. Н.А. Шило Дальневосточного отделения Российской академии наук
Email: abiakov@mail.ru
Россия, Магадан
В. А. Чеботарева
Институт геологии и геохронологии докембрия Российской академии наук
Email: abiakov@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург
И. Л. Ведерников
Северо-Восточный комплексный научно-исследовательский институт им. Н.А. Шило Дальневосточного отделения Российской академии наук
Email: abiakov@mail.ru
Россия, Магадан
Список литературы
- Davydov V. I., Biakov A. S., Schmitz M. D., Silantiev V. V. Radioisotopic calibration of the Guadalupian Series: review and updates // Earth-Sci. Rev. 2018. V. 176. P. 222–240.
- Бяков А. С., Horacek M., Горячев Н. А., Ведерников И. Л., Захаров Ю. Д. Первая детальная запись δ13 Corg. в пограничных пермо-триасовых отложениях Колымо-Омолонского региона (Северо-Восток Азии) // ДАН. 2017. Т. 474. № 3. С. 347–350.
- Бяков А. С., Брынько И. В., Бонд Д. (Bond D. P. G.), Харвей Д. (J. Harvey), Горячев Н. А., Ведерников И. Л., Филимонова Т. В. Новые минимальные значения отношения 87Sr/86Sr в биогенных карбонатах перми Омолонского массива (Северо-Восток Азии) // ДАН. 2019. Т. 488. № 4. С. 397–402.
- Бяков А. С., Захаров Ю. Д., Хорачек М., Горячев Н. А. О положении границы вучапинского и чансинского ярусов на Северо-Востоке России по радиоизотопным и хемостратиграфическим данным // Доклады РАН. Науки о Земле. 2021. Т. 500. № 2. С. 131–134.
- Котляр Г. В., Пухонто С. К., Бураго В. И. Межрегиональная корреляция континентальных и морских пермских отложений Северо-Востока России, юга Дальнего Востока, Сибири и Печорского Приуралья // Тихоокеан. геол. 2018. Т. 37. № 1. С. 3–21.
- Бяков А. С. Двустворчатые моллюски Северо-Востока Азии на рубеже карбона и перми // Палеонтол. журн. 2019. № 3. С. 27–35.
- Макошин В. И., Кутыгин Р. В. Зональная шкала ассельско-сакмарских (нижнепермских) отложений Верхоянья (Северо-Восток России) по брахиоподам // Стратиграфия. Геол. корреляция. 2020. Т. 28. № 4. С. 43–72.
- Korte C., Ullmann C. V. Permian strontium isotope stratigraphy. London: Geol. Soc. (Spec. Publ.), 2018. V. 450. P. 105–118.
- Кузнецов А. Б., Семихатов М. А., Горохов И. М. Стронциевая изотопная хемостратиграфия: основы метода и его современное состояние // Стратиграфия. Геол. корреляция. 2018. Т. 26. № 4. С. 3–23.
- Кузнецов А. Б., Семихатов М. А., Горохов И. М. Изотопный состав Sr в водах Мирового океана, окраинных и внутренних морей: возможности и ограничения Sr-изотопной хемостратиграфии // Стратиграфия. Геол. корреляция. 2012. Т. 20. № 6. С. 3–19.
- Рудько С. В., Кузнецов А. Б., Покровский Б. Г. Sr и C-хемостратиграфия отложений карбонатной платформы в задуговом бассейне северной окраины Тетиса (поздняя юра Горного Крыма) // Литология и полезн. ископ. 2017. № 6. С. 58–77.
- Zakharov Y. D., Kuznetsov A. B., Seltser V. B., Ivanov A. V., Gavrilova A. A., Chebotareva V. A., Smyshlyaeva O. P., Kirienko A. P. The problem of isolation and freshening of the Jurassic–Early Cretaceous Middle Russian Sea: А new 87Sr/86Sr, δ18O and δ13C record from the Saratov Volga region // Palaeogeogrpahy. Palaeoclimatology. Palaeoecology. 2024. V. 635. P. 111934.
- Zakharov Y. D., Kuznetsov A. B., Gavrilova A. A., Stativko V. S. A new 87Sr/86Sr record of Cretaceous marine invertebrates from the Palaeopacific and its implication for stratigraphic and palaeoenvironmental reconstruction // Cretaceous Research. 2022. V. 139. P. 105298.
- Кузнецов А. Б., Кочнев Б. Б., Васильева И. М., Овчинникова Г. В. Верхний рифей Енисейского кряжа: Sr-хемостратиграфия и Pb-Pb возраст известняков тунгусикской и широкинской серий // Стратиграфия. Геол. корреляция. 2019. Т. 27. № 5. С. 46‒62.
- Ганелин В. Г., Бяков А. С., Караваева Н. И. Некоторые вопросы теории стратиграфии и стратиграфическая шкала перми Северо-Востока Азии / Пути детализации стратиграфических схем. Отв. ред. Ю.Б. Гладенков, К.И. Кузнецова. М.: ГЕОС, 2001. С. 194–209.
- Ganelin V. G., Biakov A. S. The Permian biostratigraphy of the Kolyma-Omolon region, Northeast Asia // Journ. Asian Earth Sci. 2006. V. 26. № 3–4. P. 225–234.
- Бяков А. С. Новая зональная схема пермских отложений Северо-Востока Азии по двустворчатым моллюскам. Статья 1. Зональное расчленение // Тихоокеан. геол. 2012. Т. 31. № 5. С. 13–40.
- Henderson C. M., Shen S. Z. The Permian Period / In: Gradstein F. M., Ogg J. G., Schmitz M. D., Ogg, G. M. (Eds.). The Geologic Time Scale. Boston: Elsevier, 2020. V. 2. Chap. 11. P. 875–902.
- Ганелин В. Г. Таймыро-Колымская подобласть // Основные черты стратиграфии пермской системы СССР. Л.: Недра, 1984. С. 111–142.
- Budnikov I. V., Kutygin R. V., Shi G. R., et al. Permian stratigraphy and paleogeography of Central Siberia (Angaraland) – A review // Journ. Asian Earth Sci. 2020. V. 196. Article 104365. P. 1–21.
Дополнительные файлы
