Россия
Россия
УДК 550.42 Распространенность и распределение отдельных химических элементов и их изотопов
Приведены результаты изучения распределения редкоземельных и редких элементов в различающихся по возрасту и условиям залегания корах выветривания Южного Тимана в карьерах Джежимский и Асыввож на возвышенности Жежимпарма и в карьере Вадъявож Немской возвышенности. На Жежимпарминском поднятии установлено сходство геохимических характеристик песчаников и глинистых пород в основании девонского разреза, подтверждающее тектоническое происхождение глинистых образований, ранее считавшихся корой выветривания. В карьере Вадъявож проведена геохимическая характеристика образований мезозойско-кайнозойских площадной и линейной кор выветривания по породам фундамента, подтверждена связь слюдистых алевролитов верхнерифейской джежимской свиты с рифейским этапом корообразования.
Южный Тиман, джежимская свита, кора выветривания, редкоземельные и редкие элементы
Введение
На Южном Тимане коры выветривания (КВ) палеозойской и мезозойско-кайнозойской эпох корообразования, различающиеся по условиям залегания и субстрату продуктов выветривания, вскрыты картировочными скважинами1,2,3. На дневной поверхности образования КВ известны в пределах выступов рифейского фундамента, представленного различными горизонтами метатерригенных отложений джежимской свиты верхнего рифея (рис. 1). В соответствии с данными (Кузнецов и др., 2010), возраст джежимской свиты авторами принимается как позднерифейский. Однако эта точка зрения оспаривается в связи с находками вендских микрофоссилий (Колесников и др., 2023), и вопрос о возрасте свиты требует доизучения. Коры выветривания, развитые по породам джежимской свиты, рассматривались в качестве перспективных объектов при поисках алмазов2. Изучение литолого-геохимических характеристик КВ, являющихся маркерами континентальных этапов развития территории, имеет важное значение для реконструкции палеогеографических условий осадконакопления и выявления источников обломочного вещества, в том числе алмазов. Ранее нами проведен анализ содержаний петрогенных оксидов, позволивший впервые охарактеризовать различные по возрасту и механизмам образования типы КВ, вскрытые горными выработками на Южном Тимане: досреднедевонскую площадную (карьер Асыввож); мезокайнозойскую по субстрату джежимской свиты площадную (карьеры Вадъявож и Джежимский) и линейную, связанную с позднеюрской разломной тектоникой (карьер Вадъявож) коры выветривания (Гракова и др., 2025).
Целью настоящей работы является характеристика распределения редких и редкоземельных элементов в образованиях кор выветривания и выявление их зависимости от состава пород предполагаемого субстрата, что позволит использовать эти данные при корреляции палеонтологически немых толщ, расположенных в территориально разобщенных разрезах Южного Тимана, а также для реконструкции палеотектонических и палеогеографических условий формирования отложений.
Объект и методы исследования
Изученные образцы кор выветривания и пород субстрата отобраны в карьерах Асыввож, Джежимский (возвышенность Жежимпарма) и Вадъявож (Немская возвышенность) (рис. 1). Определение содержаний редких и редкоземельных элементов проводилось на масс-спектрометре с индуктивно связанной плазмой Agilent 7700x. Для перевода пробы в раствор использовался метод многокислотного разложения (смесь кислот в соотношении HNO3 : HF : HCl = 1 : 5 : 2) в условиях микроволнового нагрева. Разложение велось в микроволновой системе пробоподготовки Sineo MDS-10. Аналитические работы проводились в ЦКП «Геонаука» Института геологии Коми НЦ УрО РАН (Сыктывкар, аналитик Г. В. Игнатьев).
Геологическое положение изучаемых объектов
Карьеры Асыввож (61°47'12'' с.ш., 54°06'35'' в.д., I на рис. 1) и Джежимский (61°42'556'' с.ш., 5421'8'' в.д., II на рис. 1) находятся на возвышенности Жежимпарма, которая совпадает с одноименной антиклинальной структурой, расположенной в зоне сочленения Тиманского складчато-глыбового сооружения и Восточно-Европейской платформы (Государственная…, 2005).
В карьере Асыввож не выдержанный по мощности слой глинистых образований КВ разделяет рифейскую и палеозойскую части разреза (рис. 1, 2). Занимающая верхнюю часть разреза среднепозднедевонская асыввожская свита сложена кварцевыми песчаниками с линзами гравелитов. Породы джежимской свиты (RF3dž) верхнего рифея — полевошпат-кварцевые песчаники с подчиненными прослоями алевролитов — в зоне контакта с палеозойскими отложениями (10—12 см) дезинтегрированы до мелкой дресвы. Глинистый слой несогласно залегает на различных слоях джежимской свиты и состоит из трех частей (рис. 2, а, b). Залегающий в основании слой (до 40 см) лилово-розовой тонкогоризонтально-слоистой глины с незначительной псаммитовой примесью и редкими угловатыми обломками (до 3 см) песчаников, сланцев и кислых магматических пород (рис. 2, а, обр. Р 5, 6) сменяется аналогичной по структурно-текстурным характеристикам розовато-серой глинистой породой (0.6 м) с единичными мелкими (до 1.5 см) обломками перечисленных выше пород (рис. 2, а, обр. Р 7 и О 33). Верхний, несогласно залегающий на розовато-серой глине, выклинивающийся слой с максимальной мощностью около 0.5 м представлен серовато-бежевой песчанисто-глинистой породой, в основной массе которой редко встречаются обломки кварца, углистых сланцев и кварцевых песчаников размером 0.5—1.5 см (рис. 2, b, обр. Р 8). Порода обладает явным внешним сходством с перекрывающими ее девонскими песчаниками и, по нашему мнению, образована в результате механического разрушения девонских пород (Гракова и др., 2025).
В карьере Джежимский (II на рис. 1), расположенном на юго-восточном фланге Жежимской антиклинали, породы джежимской свиты сложены вишнево-коричневыми полевошпат-кварцевыми песчаниками с линзами и прослоями мелкогалечных полимиктовых конгломератов и серовато-коричневых алевролитов. Кора выветривания остаточного площадного типа представлена розовато-серой песчанистой глиной с редкими мелкими (до 1.0 см) обломками алевролитов и песчаников.
Карьером Вадъявож (III на рис. 1), расположенном в пределах одноименной антиклинальной структуры, вскрыты породы позднерифейской джежимской свиты и мезозойско-кайнозойские КВ площадного и линейного типов. Джежимская свита представлена полевошпат-кварцевыми песчаниками с прослоями гравелитов, алевролитов и сланцев. Площадная остаточная КВ представляет собой розовато-желтоватую глину с примесью песка и редкими обломками размером до 1.0 см подстилающих пород.
Бóльшая часть площадной остаточной КВ в обоих карьерах разрушена в результате геолого-поисковых работ на алмазы и добычи бутового камня. Образования КВ сохранились лишь фрагментарно и представлены отдельными небольшими выходами и глыбовыми развалами.
Образования линейной КВ представлены рыхлой оливково-коричневой дресвяно-песчано-глинистой смесью вдоль тектонического контакта в стенке карьера Вадъявож (рис. 3, а).
Признаки переотложенной рифейской внутриформационной КВ диагностированы у серых слюдистых алевролитов (рис. 3, b), входящих в состав алеврито-песчаниковой толщи джежимской свиты (Никулова, 2017; Гракова и др., 2025).
Геохимическая характеристика пород
Содержания REE, малых и редких элементов, а также их соотношения, использованные для построения диаграмм и реконструкции условий осадконакопления, представлены в таблице 1. Содержания редкоземельных и редких элементов в породах субстрата и изученных разновидностях КВ близки к PAAS (таблица 1, рис. 4, а, c, e), кривые распределения незначительно отличаются по наклону легкой части спектра и интенсивности европиевого минимума. Максимальным содержанием REE (263 г/т) отличается слабосцементированная оливково-коричневая песчано-глинистая порода (обр. В 9.3) линейной КВ вдоль тектонического нарушения в юго-западной части карьера Вадъявож (рис. 3, b).
В карьере Асыввож глинистые породы из нижнего и среднего слоев (обр. Р 5—8) по количеству REE и форме кривых аналогичны песчаникам джежимской свиты. Образец серовато-бежевой песчанисто-глинистой породы (обр. Р 9) из слоя, залегающего непосредственно под девонскими песчаниками, характеризуется максимальными для этого разреза содержаниями REE и слабо проявленным европиевым минимумом (табл. 1, рис. 4, а). На спайдер-диаграммах, нормированных на UCC (Taylor, McLennan, 1995), содержания малых и редкоземельных элементов в глинистых породах характеризуются пониженными значениями ряда элементов (Cu, Ni, Co и др.) и повышенным — циркония (рис. 4, b).
Графики распределения REE в отложениях мезозойско-кайнозойской площадной КВ, расположенной в карьере Джежимский, отличаются пологим наклоном в области LREE по сравнению с исходными рифейскими песчаниками и PAAS, а также слабовыраженным европиевым минимумом (рис. 4, c).
Графики распределения REE в глинистых образованиях КВ различного типа и возраста в карьере Вадъявож существенно различаются по характеру наклона кривых и значению европиевого минимума. По сравнению с неизмененными рифейскими песчаниками в них значительно выше содержание REE. Максимальным содержанием REE, крутым наклоном в области LREE и интенсивным европиевым минимумом отличаются слюдистые алевролиты в составе джежимской свиты (табл. 1, рис. 4, c)
Содержание элементов-примесей, за исключением циркония, в глинистых породах КВ мезозойско-кайнозойского возраста ниже UCC (рис. 4, d, f). Они близки по форме нормированных на UCC кривых распределения элементов-примесей (Taylor, McLennan, 1995), содержание которых в глинистых образования КВ выше, чем в неизмененных рифейских песчаниках (рис. 4, b, d, f). В КВ сохраняются унаследованные от пород субстрата низкие по сравнению с UCC содержания Co, Ni, Cu, Sr, Cs и повышенные Zr, Mo, Pb.
Сделать предположения о составе пород, участвовавших в образовании КВ, дают возможность диаграммы, представленные на рис. 5, а—f. Состав элементов-примесей в изученных породах сходен с составом кислых вулканитов малдинского комплекса Приполярного Урала (Соболева, 2004), поэтому на диаграмму La/Sc–Th/Co (Cullers, 2002) для сравнения нанесены средние составы этих вулканитов, а также гранитов Малдинского гранитного массива, архейских и протерозойских гранитов (рис. 5, а). Все фигуративные точки изученных отложений локализованы в поле (или вблизи него) продуктов разрушения кислых пород и по соотношениям La/Sc–Th/Co наиболее близки к риолитам и гранитам малдинского комплекса. На диаграмме Zr/Sc–Th/Sc (по: McLennan, 1993) большинство фигуративных точек расположены в области пород, в которых присутствует петрогенный обломочный материал среднего и кислого состава (рис. 5, b).
Фигуративные точки образований КВ и девонских песчаников на диаграмме YbN–LaN/YbN (Маслов, 2004) находятся в области перекрытия полей архейской тоналит-трондьемит-гранитной ассоциации и постархейских гранитоидов, а все рифейские песчаники тяготеют к области архейской гранитной ассоциации (рис. 5, c).
Точки рифейских песчаников, отличающихся низкими содержаниями Hf, на диаграмме Hf–La/Th (Floyd, Leveraidg, 1987) располагаются в основании трендов кислого и основного состава, большая часть точек КВ обнаруживают связь с породами, образованными в условиях кислой островной дуги (рис. 5, d).
На диаграмме Nb/Y–Zr/TiO2 (Winchester, Floyd, 1977) точки попадают в область продуктов разрушения щелочных и кислых пород (рис. 5, e).
На диаграмме Sc–Th (по: Тейлор, МакЛеннан, 1988) большинство фигуративных точек рифейских и девонских песчаников располагаются вблизи линии Th/Sc =1 (рис. 5, f). Относительно низкие значения этого отношения обнаруживаются в рифейских алевролитах, что может указывать на присутствие в обломочной части примеси материала основных магматических пород.
Положение их фигуративных точек на треугольной диаграмме Co–Th–Zr/10 (Bhatia, Crook, 1986) указывает на образование девонских и рифейских песчаников, вскрытых карьером Асыввож, и связанных с ними глинистых образований в условиях пассивной континентальной окраины. А точки, соответствующие рифейским песчаникам и КВ из карьеров Вадъявож и Джежимский, попали в область осадков, вулканогенно-обломочный материал которых был сформирован в активной тектонической обстановке в условиях зрелой островной дуги (рис. 6, а). Такое положение точек обусловлено присутствием в породах первого цикла выветривания большего количества неизмененных плагиоклазов.
Отношения SCe/SY характерны для пород, образованных в гумидном (5.7 и 6.8 обр. В 14.4 и В 9.3), семигумидно-семиаридном и аридном (1.7 и 2.1 в обр. В 9.10 и Дж 3) климатах (Балашов, 1976). На треугольной диаграмме La–(Nd + Sm)–(Y + Dy) фигуративные точки рифейских песчаников и связанных с ними КВ расположены вблизи линии разграничения гумидного и аридного климатов и в поле аридного климата, а девонские песчаники и подстилающие их глинистые образования попали в поле пород, образованных в гумидном климате (рис. 6, b).
Обсуждение результатов и выводы
Содержание REE в рифейских песчаниках и глинистых образованиях КВ карьера Асыввож отличаются незначительно и близки к PAAS. Спектры распределения REE в глинистых образованиях КВ различного типа и возраста в карьере Вадъявож различаются по характеру наклона кривых. Максимальным содержанием REE, крутым наклоном в области LREE и наиболее интенсивным европиевым минимумом отличаются слюдистые алевролиты в составе джежимской свиты (таблица 1, рис. 3, с).
В КВ по рифейским породам сохраняются унаследованные от пород субстрата низкие по сравнению с UCC содержания Co, Ni, Cu, Sr, Cs и повышенные Zr, Mo, Pb. Такой состав элементов-примесей может быть обусловлен присутствием в породах вулканомиктовой составляющей пород кислого состава малдинского комплекса Приполярного Урала (Соболева, 2004; Юдович, Кетрис, 2000). На это также указывает схожесть соотношений La/Sc–Th/Co и Zr/Sc–Th/Sc в КВ с составом риолитов, наличие крутого европиевого минимума и крутого наклона кривых легких редких земель.
Форма кривых распределения элементов-примесей на спайдер-диаграммах и положение фигуративных точек на диаграммах La/Sc–Th/Co, Zr/Sc–Th/Sc, YbN–LaN/YbN Hf–La/Th, Nb/Y–Zr/TiO2, Sc–Th свидетельствуют о сходстве составов глинистых образований и подстилающих (вмещающих) пород, в формировании которых принимал участие обломочный материал первого цикла выветривания, образованный при разрушении магматических пород кислого и среднего состава.
Положение точек пород джежимской свиты и связанных с ними глинистых образований КВ из карьеров Джежимский и Вадъявож на треугольной диаграмме Co–Th–Zr/10, применяемой для реконструкции палеогеодинамических обстановок, в поле пород, сформированных в условиях зрелой островной дуги, объясняется их полевошпат-кварцевым составом. Отношение Ce/Ce* соответствует значениям, характерным для затопленных платформенных равнин (Murray et al., 1991).
Таким образом, наши исследования подтвердили принадлежность алевролитов в составе джежимской свиты в карьере Вадъявож к породам, образованным за счет переотложения измененного в КВ обломочного материала.
Особенности распределения РЗЭ в изученных нами разновидностях КВ обнаруживают их сходство с кислыми вулканитами, распространенными на Приполярном Урале, и не имеют признаков присутствия в них продуктов разрушения кимберлитов (Соболева, 2004, Гусев, Антонов, 2020; Опарин, Олейников, 2022).
Геохимические характеристики девонских песчаников и подстилающих их глинистых образований сходны, что подтверждает сделанное нами ранее предположение о том, что они возникли в результате механического разрушения песчаников при надвиге, не являются КВ и не могут служить коллектором обломочных алмазов, обнаруженных в девонских породах.
1. Балашов Ю. А. Геохимия редкоземельных элементов. М.: Наука,1976. 268 с.
2. Государственная геологическая карта Российской Федерации масштаба 1 : 1 000 000 (третье поколение). Серия Уральская. Лист Р-40-Североуральск. Объяснительная записка. СПб.: Картографическая фабрика «ВСЕГЕИ», 2005. 332 с.
3. Гракова О. В., Никулова Н. Ю., Симакова Ю. С. Геохимическая характеристика кор выветривания на увале Джежимпарма и Немской возвышенности (Южный Тиман) // Записки Горного института. 2025. С. 1—13. EDN EBLEPI
4. Гусев Н. И., Антонов А. В. Кимберлиты участка Сербеян (Анабарский щит) — продукт расплава, обогащенного натрием, хлором, карбонатом // Региональная геология и металлогения. 2020. № 81. С. 105—118.
5. Колесников А. В., Латышева И. В., Шацилло А. В., Кузнецов Н. Б., Колесников А. С., Десяткин В. Д., Романюк Т. В. Биота эдиакарского типа в верхнем докембрии Тиманского кряжа (возвышенность Джежимпарма, Республика Коми) // Доклады Российской академии наук. Науки о Земле. 2023. Т. 510. № 1. С. 61—65. DOI:https://doi.org/10.31857/S2686739722602964
6. Маслов А. В., Крупенин М. Т., Ронкин Ю. Л., Гареев Э. З., Лепихина О. П., Попова О. Ю. Тонкозернистые алюмосиликокластические образования стратотипического разреза среднего рифея на Южном Урале: особенности формирования, состав и эволюция источников сноса // Литология и полезные ископаемые 2004. № 4. С. 414—441.
7. Никулова Н. Ю. Вещественный состав и особенности формирования метаосадочных пород фундамента Вадъявожского выступа (Немская возвышенность, Южный Тиман) // Региональная геология и металлогения. 2017. № 69. С. 23—32.
8. Опарин Н. А., Олейников О. Б. Геологическое строение и вещественный состав кимберлитовых трубок Хомпу-Майского поля (Центральная Якутия) // Природные ресурсы Арктики и Субарктики. 2022. Т. 27. № 4. С. 486—498. DOI:https://doi.org/10.31242/2618-9712-2022-27-4-486-498
9. Соболева А. А. Вулканиты и ассоциирующие с ними гранитоиды Приполярного Урала. Екатеринбург: УрО РАН, 2004. 146 с.
10. Тейлор С. З., МакЛеннон С. М. Континентальная кора: ее состав и эволюция. М.: Мир, 1988. 384 с.
11. Шатров В. А., Войцеховский Г. В. Применение лантаноидов для реконструкций обстановок образования в фанерозое и протерозое (на примере разрезов чехла и фундамента Восточно-Европейской платформы) // Геохимия. 2009. № 8. С. 805—824.
12. Юдович Я. Э., Кетрис М. П. Основы литохимии. СПб.: Наука, 2000. 479 с.
13. Bhatia M. R., Crook K. A. W. Trace element characteristics of graywackes and tectonic setting discrimination of sedimentary basins. Сontrib. Mineral. Petrol, 1986, Vol. 92. No. 2. P. 181—193. DOI:https://doi.org/10.1007/bf00375292
14. Condie K. C. Chemical composition and evolution of the upper continental crust contrasting results from surface and shales. Chemical Geology. 1993. Vol. 104. No. 1. P. 1—37. DOI:https://doi.org/10.1016/0009-2541(93)90140-e
15. Cullers R. L. Implications of elements concentrations for provenance, redox conditions, and metamorphic studies of shales and limestones near Pueblo, CO, USA. Chem. Geol. 2002, Vol. 191. No. 4. P. 305—327. DOI:https://doi.org/10.1016/S0009-2541(02)00133-X
16. Floyd P. A., Leveridge B. E. Tectonic environment of the Devonian Gramscatho basin, south Corwall: framework mode and geochemical evidence from turbiditic sandstones. J. Geol. Soc., London. 1987. Vol. 191. No. 4. P. 531—542. DOI:https://doi.org/10.1144/gsjgs.144.4.0531
17. McLennan S. M., Hemming S. R., McDaniel D. K., Hanson G. N. Geochimical approaches to sedimentation, provenance and tectonics In: M. J. Johnsson, A. Basu, Eds. Processes controlling the composition of clastic sediments. Geological Society of America, Colorado. 1993. Vol. 284. P. 21—40. DOI:https://doi.org/10.1130/SPE284-p21
18. Murray R. W., Buchholtz ten Brink M. R., Gerlach D. C., Russ G. P., Jones D. L. Rare earth, major and trace elements in chert from the Franciscan Complex and Monterey Group, California: Assessing REE sources to fine-grained marine sediments. Geochim. Cosmochim. Acta. 1991. Vol. 55. No. 7. P. 1875—1895. DOI:https://doi.org/10.1016/0016-7037(91)90030-9
19. Taylor S. R. McLennan S. M. The geochemical evolution of the continental crust. Rev. Geophys. 1995. Vol. 33. No. 2. P. 241—265. DOI:https://doi.org/10.1029/95rg00262
20. Winchester J. A., Floyd P. A. Geochimistral discrnmination of differend magma series and their differerntiation productus using immobaile elements. Chem. Geol. 1977. No. 20. P. 325—343. DOI: 10/1016/0009-2541(77)9577-2
