CC BY
30
2017 Геология Том 16, №1
ЛИТОЛОГИЯ
УДК 553.311.491:550.42 (470.5)
Низкоуглеродистые черные сланцы Южного и некоторых районов Среднего и Северного Урала: новые данные по геохимической характеристике
А.В. Маслов3' b, Г.А. Петров3, Э.З. Гареев
^Институт геологии и геохимии УрО РАН, 620016, Екатеринбург, ул. Вонсовского, 15. E-mail: [email protected] ^Институт геологии УНЦ РАН, 450077, Уфа, ул. Карла Маркса, 16/2 (Статья поступила в редакцию 20 апреля 2016 г.)
Проанализировано распределение широкого спектра редких и рассеянных элементов в низкоуглеродистых глинистых сланцах ряда литостратиграфических подразделений рифея, венда и нижнего палеозоя Южного, Среднего и южной части Северного Урала (саткинская, большеинзерская, суранская, юшинская, зигазино-комаровская, вёлсовская, бутонская, безгодовская и другие свиты). Установлено, что они довольно существенно различаются по содержаниям элементов-примесей. Последние в большинстве случаев примерно сопоставимы с концентрациями микроэлементов в таком известном геохимическом объекте, как средний постархейский австралийский глинистый сланец (PAAS), или ниже. Это существенно отличает уральские черносланцевые отложения от наиболее ярких примеров black shales (например, черные сланцы венда и кембрия Китая и др.), характеризующихся значительно большими, чем в PAAS, концентрациями многих элементов-примесей. Высказано предположение, что определенную или существенную роль в этом могут играть различия в геодинамической позиции черносланцевых отложений, вариации биопродуктивности, ассоциация со специфическими породными ассоциациями, степень вторичных преобразований и/или что-то другое. Ключевые слова: низкоуглеродистые черные сланцы, рифей, венд, палеозой, Южный Урал, Средний Урал, юг Северного Урала. DOI: 10.17072/psu.geol.16.1.48
Введение
Черные сланцы (ЧС) - один из интереснейших геохимических объектов (Юдович, Кетрис, 1994). Об особенностях их формирования и распределении в них редких и рассеянных элементов написаны сотни статей и монографий. Тем не менее вопрос этот все еще актуален, в том числе для Южного и Среднего Урала.
Исследованием черных сланцев на Урале в разные годы занимались Я.Э. Юдович, М П. Кетрис, В Н. Сазонов, Ю.А. Волченко, Л.И. Гурская, О Б. Азовс-кова, К.К. Золоев, М.В. Рыкус, В.И. Сна-чев, С.Г. Ковалев и многие др. Однако и сейчас попытки получить представление о распределении в ЧС разных стратиграфических уровней и районов Урала широкого спектра элементов-примесей ^с, V, Сг, Со, №, Си, Zn, Ga, Rb, Sr, ^ Zr, ЯЪ,
© Маслов А.В., Петров Г.А., Гареев Э.З., 2017
48
Mo, Sn, Cs, Ba, РЗЭ, Hf, Pb, ТИ, U и др.) т.е. тех, сведения о концентрации которых имеются и для такого геохимического стандарта, как PAAS, наталкиваются на серьезные трудности. В большинстве известных нам работ такой информации просто нет.
В связи с этим в настоящей статье приведены общие сведения о распределении перечисленных выше элементов в черных сланцах некоторых литострати-графических уровней рифея, венда и палеозоя Южного и Среднего Урала, и ряда зарубежных объектов. При этом из-за ограниченности объема статьи речь пойдет преимущественно о тех элементах, концентрации которых превышают 3xPAAS (PAAS - средний постархейский глинистый сланец (Тейлор, МакЛеннан, 1988), здесь рассматривается нами как геохимический фон), т.е. могут считаться геохимическими аномалиями1. Мы также отдаем себе отчет в различиях методов, использованных разными учёными-геологами, для определения содержаний тех или иных элементов, различной степени постседиментационных изменений пород, а также различных обстановок формирования черносланцевых отложений (палеотектоника, палеоклимат, пет-рофонд и палеогеография), рассматривающихся далее - от интракратонных бассейнов до обстановок задугового спре-динга.
Западный склон Южного, Среднего и южной части Северного Урала
В типовом разрезе рифея Башкирского антиклинория (западный склон Южного
Урала) известно несколько уровней развития темноокрашенных глинистых сланцев, рассматривающихся рядом исследователей (Маслов, 1988; Рыкус и др., 1993) как черносланцевые: верхняя часть айской свиты, средние уровни саткинской свиты, бакальская и большеинзерская свиты и ряд других литостратиграфических подразделений, а также зигазино-комаровская свита. Далее мы охарактеризуем некоторые из них.
В разрезах саткинской свиты (Я^О черные или темноокрашенные низкоуглеродистые глинистые сланцы приурочены к ее средней, половинкинской, подсвите (Маслов и др., 2013; Маслов и др., 2002). Они опробованы нами как по ряду естественных разрезов, так и по буровым скважинам.
1 Это несколько отличается от расчета аномальных содержаний элементов-примесей в черных сланцах, принятого в работе (Юдович, Кетрис, 1994), но, как показывает предпринятое нами сопоставление, не дает принципиально иных результатов. Так, в соответствии с (Юдович, Кетрис, 1994), аномальными для V, ТИ, Сг и Со считаются концентрации соответственно более 400, 10, 160 и 30 г/т, тогда как значения > 3*РАА8 для перечисленных элементов составляют более 450, 45, 330 и 69 г/т, т.е. являются заведомо аномальными.
Рис. 1. Распределение нормированных по РАЛБредких и рассеянных элементов в низкоуглеродистых глинистых сланцах саткинской (а) большеинзерской (б), суранской (в), юшин-ской (г) и зигазино-комаровской (д) свит нижнего и среднего рифея Башкирского ан-тиклинория. Количество столбиков в ячейке элемента здесь и далее отвечает количеству проанализированных образцов
В исследованных образцах (n = 27) только содержания Nb и Mo в большинстве случаев превышают указанное пороговое значение (3*PAAS) (рис. 1,а). Максимальная концентрация Nb немного превышает 10*PAAS, а средняя составляет ~5*PAAS. Для Mo эти же параметры равны соответственно 17 и ~11*PAAS. Содержания подавляющего большинства других редких и рассеянных элементов, за исключением Ga, Sr, Y, La, Pr и Sm, составляют менее 0,85*PAAS.
Большеинзерская свита (RF1) представлена в основном мелко- и среднезер-нистыми кварцевыми и полевошпат-кварцевыми песчаниками при подчиненной роли низкоуглеродистых глинистых сланцев, алевролитов, известняков и доломитов (Маслов и др., 2002). В литературе (Ковалев и др., 2013) имеются сведения о содержании широкого спектра редких и рассеянных элементов в углеродсодержа-щих сланцах большеинзерской свиты Ис-макаевского рудного поля (n = 14). Указанные образования подверглись определенной тектонотермальной переработке, но в целом могут рассматриваться как в той или иной степени представительные для данного уровня нижнего рифея Башкирского антиклинория. Опираясь на приведенные (Ковалев и др., 2013) аналитические данные можно сделать вывод, что только в одной из 14 исследованных проб концентрация Co и Ni выше 3*PAAS (см. рис. 1б). Содержание Cu выше 3*PAAS в двух пробах. В 3 пробах из 14 содержание Mo превышает значение 3*PAAS. Следует подчеркнуть, что распределение перечисленных выше элементов в пробах весьма неравномерное. Так, минимальная концентрация Co составляет 0,14*PAAS, а максимальная - 4,7*PAAS. Для Cu разброс еще больше - 0,1... и 9,6*PAAS. Если это не связано с теми или иными аналитическими погрешностями, то требует особого внимания. Содержание остальных элементов примерно такое же, как в PAAS, или несколько ниже.
Суранская свита (RF1) подразделяется на пять подсвит - миньякскую, бердагу-
ловскую, ангастакскую, сердаукскую и лапыштинскую. В разрезах первой и пятой подсвит преобладают хемогенные и механогенные известняки и доломиты. Вторая и четвертая подсвиты сложены в основном глинистыми и карбонатно-глинистыми, в той или иной мере углеродистыми, сланцами и мелкозернистыми алевролитами, с подчиненными им прослоями и пакетами мергелистых и низкоуглеродистых известняков и доломитов (Маслов и др., 2002). Нами исследовано 11 проб низкоуглеродистых глинистых сланцев данного уровня, отобранных из типовых разрезов бердагуловской и сер-даукской подсвит в бассейне р. Бол. Ин-зер. Из них только в 4 пробах содержание Mo составляет более 3*PAAS (максимум ~8,5*PAAS) (см. рис. 1,в). Содержания остальных элементов заметно меньше, чем 3*PAAS, и только средняя концентрация U составляет ~1,0*PAAS.
Юшинская свита (RF1) представлена исключительно силикокластическими образованиями - глинистыми сланцами и низкоуглеродистыми их разновидностями, алевролитами, мелко- и среднезернисты-ми песчаниками (Маслов и др., 2002). Ни одна из 16 проанализированных проб низкоуглеродистых глинистых сланцев данного уровня не имеет аномального содержания какого-либо из рассматриваемых нами элементов (см. рис. 1,г). Наиболее близкой к PAAS средней концентрацией характеризуется Ga (1,1*PAAS).
Зигазино-комаровская свита (RF2) сложена в основном темноцветными низкоуглеродистыми алеврито-глинистыми породами с прослоями песчаников, известняков и доломитов (Маслов и др., 2002). Для черных сланцев данного уровня юрматиния Башкирского антиклинория характерна такая же, как для юшинской свиты, ситуация. Ни один из исследуемого нами списка элементов-примесей не имеет средней концентрации выше 0,9*PAAS (см. рис. 1,д). Максимальные концентрации, несколько превышающие 1,25*PAAS, характерны только для Cu, Ba, Eu, Gd, Dy, Ho, Er и Tm.
На Среднем и Северном Урале (Квар-кушско-Каменногорский и Ляпинско-Кутимский антиклинории) черные сланцы присутствуют в разрезах муравьинской, вёлсовской, федотовской, кырминской, бутонской и ряда других свит (Петров и др., 2015; Петров, Маслов, 2010 и др.).
Муравьинская свита (ЯЕг) представлена сланцами хлорит-серицит-кварцевого, серицит-кварцевого, хлорит-кварцевого состава с прослоями углеродсодержащих разностей, филлитов, кварцитопесчани-ков, кварцитов, реже мраморизованных известняков и доломитов (Государственная ..., 2006). Из 10 исследованных образцов черных сланцев данного подразделения, отобранных в южной части Ляпин-ско-Кутимского мегантиклинория, концентрации только & и U во всех из них существенно выше 3xPAAS (рис. 2,а).
Рис. 2. Распределение нормированных по РАЛБредких и рассеянных элементов в низкоуглеродистых глинистых сланцах муравьинской (а), вёлсовской (б), федотовской (в), бутонской (г) и безгодовской (д) свит рифея, венда и нижнего палеозоя (?) южной части Ляпинско-Кутимского и Кваркушско-Камен-ногорского антиклинориев
К уровню 2xPAAS в подавляющем большинстве проанализированных образцов близки также содержания V, Zn и ^
Вёлсовская свита (RFз) объединяет серицит-углеродисто-кварцевые, (углероди-сто)-хлорит-серицит-кварцевые, иногда альбит- или магнетитсодержащие сланцы, филлиты, доломиты, известняки, в верхней части с прослоями метавулканитов (актинолит)-эпидот-альбит-хлоритового состава и кварцитопесчаников (Государственная ..., 2006). В 10 исследованных нами представительных образцах углеродистых сланцев вёлсовской свиты уровень 3xPAAS во всех пробах превосходят (и достаточно намного) содержания & (максимальная концентрация составляет ~14xPAAS) и U (Си^ ~9xPAAS) (см. рис. 2, б). Достаточно близки или немного превосходят принятый нами пороговый уровень также содержания V, Zn и В 5 образцах углеродистых сланцев содержания Mo существенно выше указанного порогового уровня, в остальных - примерно сопоставимы с концентрацией Mo в PAAS или немного выше ее.
Федотовская свита (RFз) представлена преимущественно темноокрашенными глинистыми сланцами с редкими прослоями алевролитов и песчаников, в ее нижней части в ряде разрезов присутствуют эффузивы основного и кислого состава, выделенные С.В. Младших в щегровит-скую свиту, а в верхней - прослои известняков и карбонатно-глинистых сланцев (Маслов и др., 2002 и др.). Черные сланцы данного уровня характеризуются отсутствием микроэлементов, средние концентрации которых были бы выше, чем 3xPAAS. Напротив, среднее содержание большинства редких и рассеянных элементов сопоставимо (в интервал 0,85-l,25xPAAS попадают &, Zn, Zr, N и Ш) или даже меньше, чем в среднем постархейском австралийском глинистом сланце (см. рис. 2,в). Максимальные концентрации ^ и Ga составляют соответственно всего 1,4, ~2,0 и 1,7xPAAS.
Бутонская свита (У1) сложена полосчатыми темно-серыми низкоуглероди-
стыми глинистыми сланцами с маломощными прослоями алевролитов и мелкозернистых кварцевых и полевошпат-кварцевых песчаников (Маслов и др., 2002). Это один из немногих объектов среди отложений верхнего рифея и венда западного склона Среднего Урала, который по своему внешнему виду, несомненно, принадлежит черносланцевым отложениям. Тем не менее только в одной из исследованных нами 6 представительных проб темноокрашенных глинистых сланцев данного уровня концентрация Си составляет более ЗхРЛЛБ; еще в одной максимальное содержание Мо достигает величины 2,2хРЛЛБ. Средние концентрации Сг, Си, Оа, 2г, М>, Мо, Ва, Ьа, Се, Рг, Ыё, Бш и ИГ попадают в интервал 0,85-1,25хРЛЛБ (см. рис. 2,г). Максимальные концентрации большинства перечисленных элементов (за исключением Си и Мо) составляют от 1,3 до 1,6хРЛЛБ.
Безгодовская свита (ордовик-силур, верхний венд?) объединяет темно- и зеленовато-серые тонкополосчатые глинистые сланцы и мелкозернистые алевролиты с подчиненными им песчаниками (Юдович, Кетрис, 1994). Опробование темноцветных глинистых сланцев и алевролитов данного уровня выполнено нами в бассейне среднего течения р. Усьвы выше и ниже д. Безгодово, т.е. в типовой местности. Только в двух из 18 проанализированных проб содержания Бс и Сг составляют более З^РЛЛБ (см. рис. 2,д). Средние концентрации Сг, 2п, Оа, 2г, ЫЬ, Бп и ИГ примерно соответствуют тем, что характерны для РЛЛБ. Максимальные содержания многих из перечисленных элементов-примесей варьируют от 1,3 до 1,7хРЛЛБ.
Другие районы Южного Урала
Сведения о распределении редких и рассеянных элементов в углеродсодержа-щих сланцах других зон и районов Южного Урала (заметно менее полные, чем рассмотренные выше) приведены в публикации (Геология ..., 2012) и ряде других ра-
бот. Ниже мы остановимся только на данных о содержаниях элементов-примесей в черных сланцах ряда лито/тектоно-стратиграфических единиц максютовско-го и суванякского комплексов зоны Урал-тау, а также некоторых свит палеозоя восточного склона Южного Урала.
Кайраклинская свита объединяет графит-мусковит-кварцевые графит-кварцевые, мусковит-кварцевые сланцы, графи-тистые и безграфитистые кварциты, чередующиеся с ортосланцами альбит-актинолитового состава (Захаров, Пучков, 1994). Только в 5 из 27 проб углеродсо-держащих сланцев данного подразделения максютовского комплекса, сведения о которых приведены (Геология ..., 2012), концентрация Cr превышает 3*PAAS (для 2 проб Ccr > 20xPAAS) (рис. 3а). Величина Сегсреднее составляет здесь 3,8*PAAS, это в высшей мере условный параметр, т. к. разброс минимальной и максимальной концентрации хрома равен
0,2...28,6*PAAS. Содержания Co во всех пробах существенно ниже, чем в PAAS (0,1-0,3), а содержание Ni только в 1 пробе выше принятого нами порогового значения (6,0*PAAS); среднее содержание
Рис. 3. Распределение нормированных по РАЛБ редких и рассеянных элементов в углеродистых сланцах кайраклинской (а), карама-линской (б), акбиикской (в) и уткальской (г) свит
никеля в углеродсодержащих породах кайраклинской свиты составляет —1,0±1,3.
Карамалинская свита того же комплекса близка по составу слагающих ее образований к кайраклинской свите (Захаров, Пучков, 1994). Существенная часть углеродистых сланцев данного подразделения (15 из 32 проб) характеризуется более высокими, чем 3xPAAS, содержаниями & (С&среднее = 4,7xPAAS, минимум -
0,4, максимум - 30,0). Превышение указанного порогового значения по № характерно для 5 проб (Смсреднее = 1,9хРААБ) (см. рис. 3,б). Концентрации Со в основном заметно ниже, чем в PAAS, но для нескольких проб достигают величины величина Ссосреднее составляет 0,6*РАА$, минимальное содержание кобальта примерно в 25 раз меньше максимального.
Акбиикская свита2 суванякского комплекса сложена кварцитопесчаниками, кварцитами, филлитизированными алевролитами, серицит-кварцевыми сланцами и их хлоритовыми разностями (Геологическая ..., 2001). Сведения о содержании Сг, Со и № в низкоуглеродистых сланцах данного подразделения приведены (Геология ..., 2012). По этим данным только в одной из 11 проб содержание Сг выше, чем 3*РАА$, тогда как концентрация Со существенно (ССосреднее = 0,3*РАА$), а № заметно ниже (Смсреднее = 0,7*РАА$) содержаний, присущих указанному геохимическому стандарту (см. рис. 3,в). Максимальные концентрации кобальта и никеля составляют соответственно 0,6 и
1,3хРААв.
Уткальская свита того же комплекса включает графит-кварцевые, слюдисто-кварцевые и слюдисто-хлорит-кварц-плагиоклазовые сланцы, кварциты и слюдистые кварциты (Геология ..., 2012 и
др.). Анализ данных о распределении редких и рассеянных элементов в углеродистых сланцах уткальской свиты, приведенных в работе (Геология ..., 2012), показывает, что только для одной из 6 проанализированных проб характерно содержание Сг > 3xPAAS (см. рис. 3,г). Концентрации остальных элементов в существенной степени ниже, чем в PAAS. Сопоставимым с PAAS средним содержанием обладают только Сг и Sr.
Поляковская свита ордовика (западный фланг Магнитогорского мегасинкли-нория, Кыштымская площадь, север Южного Урала) объединяет афировые базальты, глинисто- и углеродисто-кремнистые сланцы, кремнистые туффиты, углеродистые песчаники и алевролиты, а также вулканомиктовые песчаники (Геология ..., 2012). Авторами монографии (Геология ., 2012) приведены сведения о содержаниях в 44 пробах углеродистых сланцев данной свиты Сг, Со, №, Си и 2п. Концентрация Сорг в указанных породах варьирует от 1 до 3%. Анализ указанных данных показывает, что содержания Сг и 2п в углеродистых сланцах выше 3xPAAS
2 В настоящее время «акбиикская свита» считается аналогом нижней подсвиты курташской свиты (О2). Последняя сложена в основном желтовато-серыми, серыми, зеленоватыми массивными или рассланцованными преимущественно алевропсам-митовыми кварцитами при подчиненной роли хлорит-кварцевых сланцев.
Рис. 4. Распределение нормированных по РАЛБ редких и рассеянных элементов в углеродистых сланцах поляковской (а), бетрин-ской (б) и чулакской (в) свит, а также фли-шоидной толщи девона Амурского месторождения (г)
только в 1 пробе, а содержания Си - в 36 пробах (рис. 4,а). Концентрации же Со и N1 в подавляющей части проб заметно ниже, чем в РЛЛБ. Среднее содержание Сг составляет 1,3хРЛЛБ (минимум - 0,4, максимум - 9,2хРЛЛБ). Средние концентрации Со и N1 здесь существенно ниже, чем в РЛЛБ (0,4 и 0,6хРЛЛБ соответственно). Напротив, параметры ССисреднее и С2псреднее составляют 4,1 и 2,6хРЛЛБ, максимальные же концентрации указанных элементов-примесей достигают 6,8 и 48,2хРЛЛБ.
Бетринская свита девона Уралтауско-го антиклинория объединяет углеродисто-глинистые (низкоуглеродистые), глинисто-кремнистые и глинисто-углеродистые сланцы, а также глинистые и кремнисто-глинистые сланцы, кварцевые алевролиты (Геология ..., 2012). Содержания Сг, N1, 2п и и составляют более З^РЛЛБ только в ~15% проанализированных проб низкоуглеродистых сланцев этой свиты, а концентрация Бг превышает указанный пороговый уровень примерно в 30% проб (см. рис. 4,б). Средние содержания (п = 6) Сг, N1, Бг и И составляют соответственно 1,9, 3,6, 2,5 и 2,5хРЛЛБ, максимальные - 5,4, 6,9, 5,3 и 10,6хРЛЛБ. Среднее содержание Бс в низкоуглеродистых сланцах бетрин-ской свиты сопоставимо с концентрацией данного элемента в РЛЛБ, тогда как максимальное достигает ~2,0хРЛЛБ.
На Амурском месторождении (южное продолжение Арамильско-Сухтелинского синклинория) пороговое значение З^РЛЛБ для Сг в ЧС флишоидной толщи девона превышено в 1 из 42 проб, для № -в 19, для Бг - в 3, для Ва - в 4, а для И - в 2 и еще в 3 пробах немного ниже (см. рис. 4,в). Сопоставимые с РЛЛБ средние концентрации присущи здесь Бс и Со. Максимальные концентрации Бс, Со, 2г и ИГ варьируют от ~2,0 до 2,9хРЛЛБ, а максимальные содержания N1, 2п, Ва и И составляют соответственно 16,7, 41,1, 6,9 и 8,6хРЛЛБ.
В разрезах чулаксайской свиты (ЯБ2?, Р2?) Джабык-Карагайского антиклинория (Восточно-Уральская мегазона) графити-
стые сланцы и кварциты также пользуются широким распространением (Геология ..., 2012; Тейлор С.Р., МакЛеннан, 1988). Основываясь на приведенных в работе (Геология ..., 2012) данных, можно сделать вывод, что из 11 исследованных проб характеризуются превышением уровня 3*PAAS для Sc только 1 проба, для Cr - 6 проб, для Ni, Sm, Eu, Tb, Yb и Lu также 1 проба (см. рис. 4,г). Сопоставимыми с PAAS средними концентрациями обладают Sc, Sr, Sm, Eu, Yb и U. Концентрация большинства других редких и рассеянных элементов, определенных в данной выборке, заметно ниже, чем в PAAS. Так, для Hf Ссреднее составляет 0,2*PAAS, для La, Ba, Rb и Co - 0,5, 0,7, 0,1 и 0,7xPAAS. Вместе с тем максимальные концентрации Cr, Ni и U достигают величин соответственно 10,2, 13,1 и 2,8xPAAS.
Докембрийские и раннепалеозойские углеродистые сланцы ряда других регионов России и мира
В данном разделе приведены сведения о распределении редких и рассеянных элементов в ряде докембрийских и ранне-палеозойских объектов, при характеристике которых авторы работ используют термин black shales без каких-либо оговорок. Выбор указанных объектов в значительной мере случаен.
Так, палеопротерозойские черные сланцы формации Cumbum, серия Nallamalai, бассейн Cuddapah, Индия (Manikyamba et al., 2008) примерно в половине из 13 проб содержат существенно более высокие, чем 3*PAAS, концентрации Ga, Mo и Ba, тогда как среднее содержание V, Cr, Zn, La, Pr, Sm, Eu, Gd, Hf и Th в той или иной мере сопоставимо с их концентрацией в PAAS (рис. 5,а). Максимальные концентрации V, Cr, Cu, Zn, La, Hf и U варьируют в интервале 1,25-3,0*PAAS. В то же время максимальная концентрация Ga составляет 6,1*PAAS, Mo - почти 14xPAAS, а Ba ~17xPAAS.
Черные сланцы палеопротерозойской формации Wollogorang, серия Tawallah,
а
..................L
L............-1
б
................1........................ .................................................................J.
i , А..............м Л
в
- 1 ... ...
xd ......:..............................................¡It
г
L Г 1
д
к, Ж, А* . м..............П.. lb
0.0 ,И..............Щ..............
Sc Сг Ni Zn Rb Y Nb Sn Ba Cc Nd Eu Tb Ho Tm Lu Pb U
V Co Cu Ga Sr Zr Mo Cs La Pr Sm Gd Dy Er Yb Hf Th
Рис. 5. Распределение нормированных по PAAS редких и рассеянных элементов в до-кембрийских углеродистых сланцах формаций Cumbum (а), Wollogorang (б) и Velkerri (в), а также рифейских углеродистых отложениях Котерского синклинория (г) и ильчирской свиты юго-восточной части Восточного Са-яна (д)
бассейн Мак-Артур, Северная Австралия (Kendall et al., 2009), демонстрируют превышение порогового уровня только в части проб для Cu и U, тогда как практически в 9 из 10 проанализированных проб концентрация Mo > 20*PAAS (см. рис. 5,б). В сопоставимых с PAAS концентрациях здесь присутствуют только Co, Ba и Pb. Среднее содержание Cu равно 2,7*PAAS, U - 3,5xPAAS. Максимальные содержания Co, Cu, Mo и U достигают соответственно ~2,0, 5,6, 58,0 и 4,5*PAAS.
В этом же бассейне черные сланцы присутствуют в разрезах мезопротерозой-ской формации Velkerri, серия Roper. В преобладающей части проб (n = 11) более высокие, чем 3 xPAAS, концентрации присущи V, Ni, Zn, Mo, Pb и U, тогда как содержание Cr, Rb, Sr, Zr и Ba заметно ниже, чем в PAAS (см. рис. 5,в). Сопоставимая с PAAS средняя концентрация при-
суща здесь только Со. Разброс максимальных содержаний отдельных элементов достаточно высок. Так, для V величина Стах равна 3,7xPAAS, для 2п этот же параметр составляет 6,8xPAAS, а для Мо - 119,0xPAAS.
На севере Байкальской горной области рифейские углеродистые отложения (углеродистые алевросланцы, метапесчаники и известковистые песчаники) достаточно широко представлены в Котерском син-клинории и ряде других структур (няндо-нинская, уколкитская, баргузинская свиты) (Жмодик и др., 2008; Миронов и др., 2002). Рассматриваемые образования характеризуются большим количеством элементов-примесей, средние концентрации которых выше, чем в большинстве рассмотренных нами ранее примеров (см. рис. 5,г). Так, для V, Со, №, Sr и У параметр Ссреднее варьирует от 2 до 3xPAAS. Для Сг и Си он составляет соответственно 4,3 и 4,8xPAAS. Средняя концентрация Ва превышает содержание данного элемента в PAAS более чем в 5 раз, максимальное же содержание бария достигает —15xPAAS. Для молибдена, напротив, среднее содержание примерно равно 16xPAAS, тогда как максимальное «взлетает» до ~60xPAAS. Весьма высоким является здесь и среднее содержание и (—7xPAAS), максимальная же его концентрация в углеродистых отложениях Ко-терского синклинория достигает ~27xPAAS.
В юго-восточной части Восточного Саяна углеродистые образования ассоциируют с офиолитами (ильчирская свита, верхний рифей), а также залегают среди карбонатных пород дабанжалгинской свиты нижнего палеозоя (Жмодик и др., 2008; Миронов и др., 2002). В углеродистых породах ильчирской свиты (п = 13) средние содержания V, Со, №, 2п, РЬ и И составляют от 1,5 до 2,1xPAAS. Средние концентрации Сг и Си равны соответственно 4,1 и 3,1xPAAS (см. рис. 5,д). На этом фоне резко выделяется молибден. Его средняя концентрация составляет ~12xPAAS, тогда как максимальная -
21xPAAS. Для углеродистых образований дабанжалгинской свиты аналитических данных мало (п = 3), но и эта информация показывает определенную их специфику. Так, среднее содержание V составляет ~16xPAAS (Стах = 20xPAAS). Средняя концентрация Сг также достаточно высока (~5*РАА$). Так же, как в углеродистых породах Котерского синклинория, здесь ощутимо повышено среднее содержание У (2,1хРАА$); распределение его в проанализированных пробах весьма неравномерное (минимум - 0,9, максимум -3,3хРАА$). Содержание Мо варьирует от ~37 до ~126хРАА$. И наконец, среднее содержание и составляет ~10хРАА$ при максимальном значении - 17*РАА$.
Нижнекембрийские черные сланцы Северо-Таримского бассейна (разрез Х1а-оегЬи1аке, п = 12), Западный Китай, характеризуются, по данным (Уи е! а1., 2009) существенно более высокими, чем 3*РАА$, средними содержаниями V (~17хРАА$), Сг (~5хРАА$), Си ~4,7*РАА$), 2п, Sг, У (~3,8xPAAS), Мо (~31xPAAS), Ва и И (~20xPAAS) (рис. 6,а). Максимальные концентрации V и Си достигают соответственно ~81 и ~21xPAAS. Для Мо и Ва эти показатели составляют ~79 и ~41хРАА$, а для И ~63*РАА$. Интересно отметить, что средние концентрации ряда средних и всех тяжелых лантаноидов в черных сланцах разреза Х1аоегЬи1аке варьируют от 1,5 до 2,5*РАА$, тогда как максимальные в ряде случаев превышают 5*РАА$ (для Оё, Бу, Но, Ег и Тт). Примерно такими же геохимическими особенностями характеризуются нижнекембрийские черные сланцы (п = 10) и в разрезе Sugaitebu1ake того же бассейна (см. рис. 6,б).
В Южном Китае черные сланцы этого же возраста присутствуют в разрезах формации Niutitang (провинция Ош2Иои и др.) (Хи е! а1., 2012) (см. рис. 6,в). Среднее содержание V в них составляет ~9*РАА$ (п = 23), для И этот же параметр несколько меньше (~6хРАА$), а для Мо, напротив, почти в 8 раз выше, чем для ванадия
(~75*РАА$). Максимальное содержание Мо больше минимального примерно в 26 (!!) раз. Для Сг, № и 2п значение Ссреднее варьирует от 1,7 до ~2,4*РАА$; в то же время максимальное содержание Сг составляет порядка 22*РАА$.
Рис. 6. Распределение нормированных по РАЛБ редких и рассеянных элементов в черных сланцах нижнего кембрия Северо-Таримского бассейна (а, б), Южного Китая (в) и ордовикских черных сланцах Нью-Брансуика (г)
Ордовикские черные сланцы в Нью-Брансуике (серия Tetagouche, п = 13), США (НеппеББу, МоББтап, 1996) характеризуются тем, что средние содержания V и Ва составляют соответственно 7,4 и 9,6*РАА$, а максимальные превышают 20*РАА$. Концентрации большинства других элементов-примесей, за исключением Сг, 2п, Оа и Т^ здесь заметно ниже, чем в PAAS (см. рис. 6,г). Величина Срьтах составляет ~4*РАА$ при среднем содержании РЬ около 2,0*РАА$. Несколько выше, чем в PAAS в сланцах Нью-Брансуика и среднее содержание У (~1,5хРААБ).
Заключение
Приведенные данные позволяют сделать вывод, что низкоуглеродистые чер-
носланцевые толщи Южного, Среднего и южной части Северного Урала довольно существенно различаются по содержаниям элементов-примесей. В большинстве случаев последние имеют примерно клар-ковые или сходные с теми, что присущи PAAS, концентрации. Эти факты показывают, что от наиболее ярких примеров black shales (например, черные сланцы венда и кембрия Китая и др.) уральские объекты заметно отличаются. С чем это связано - предстоит еще разбираться. Возможно, существенную роль в этом играют и геодинамическая позиция черно-сланцевых отложений (пассивные и активные окраины), и повышенная биопродуктивность водоемов во время их накопления (венд и кембрий), и приуроченность к специфических типам породных ассоциаций (офиолиты и др.), и степень вторичных преобразований, и/или что-то другое.
Предстоит также установить распределение благородных металлов (Au и элементов платиновой группы) в углеродсо-держащих тонкозернистых обломочных породах рифея, венда и нижнего палеозоя западного склона Урала, т. к. выявление черносланцевых толщ, в той или иной степени обогащенных U, V, Mo, Ni, Au, а также элементами платиновой группы и другими металлами, - это первый шаг к локализации районов, перспективных для поисков, связанных с подобными толщами месторождений стратиформного типа.
Исследования проведены при финансовой поддержке проекта УрО РАН № 15-18-5-35.
Библиографический список
Геологическая карта Российской Федерации. 1:1 000 000 (новая серия). Лист N-40 (41)-Уфа. Объясн. зап. / отв. ред. В.И. Козлов. Уфа: ОАО «Башкиргеология», 2001. 568 с.
Геология, петрогеохимия и рудоносность углеродистых отложений Южного Урала / А.В. Сначёв, В.И. Сначёв, М.В. Рыкус, Д.Е. Савельев, Е.А. Бажин, Ф.Р. Ардисламов. Уфа: ДизайнПресс, 2012. 208 с. Государственная геологическая карта Российской Федерации. 1:1000000. Уральская серия. Лист Р-40 (Североуральск). Объясн.
зап. / Картфабрика ВСЕГЕИ. СПб., 2006. 332 с.
Жмодик С.М., Миронов А.Г., Жмодик А.С. Зо-лотоконцентрирующие системы офиолито-вых поясов (на примере Саяно-Байкало-Муйского пояса). Новосибирск: Гео 2008. 304 с.
Захаров О.А., Пучков В.Н. О тектонической природе максютовского комплекса Уралтау / УНЦ РАН. Уфа, 1994. 28 с.
Ковалев С.Г., Высоцкий И.В., Пучков В.Н., Маслов А.В., Гареев Э.З. Геохимическая специализация структурно-вещественных комплексов Башкирского мегантиклинория. Уфа: ДизайнПресс, 2013. 268 с.
Маслов А.В. Безгодовская свита западного склона Среднего Урала: некоторые геохимические характеристики тонкозернистых терригенных пород // Ежегодник-2008: сб. науч. ст. / ИГГ УрО РАН. Екатеринбург, 2009. С. 150-153.
Маслов А.В. Рифейские углеродистые отложения Башкирского мегантиклинория // Литология и полез. ископаемые. 1988. № 3. С. 101-109.
Маслов А.В., Гареев Э.З., Крупенин М.Т., Ковалев С.Г. Литогеохимические особенности глинистых сланцев саткинской свиты нижнего рифея Башкирского мегантиклинория: новые данные // Вестник Пермского университета. Геология. 2013. № 1. С. 26-33.
Маслов А.В., Оловянишников В.Г., Ишерская М.В. Рифей восточной, северо-восточной и северной периферии Русской платформы и западной мегазоны Урала: литостратигра-фия, условия формирования и типы осадочных последовательностей // Литосфера. 2002. № 2. С. 54-95.
Миронов А.Г., Жмодик С.М., Очиров Ю.Ч., Гурская Л.И., Сапожников Д.Ю., Попов В.Д. Геохимия и металлоносность углеродистых отложений различных геодинамических об-становок Саяно-Байкальской складчатой области // Геология и геофизика. 2002. Т. 43. С.348-365.
Петров Г.А., Александров В.В., Зубков А.И., Маслов А.В., Ронкин Ю.Л. К проблеме ру-доносности черных сланцев Вишерско-Кутимского антиклинория (Северный Урал) // Вестник Пермского университета. Геология. 2015.№ 4. С. 32-43.
Петров Г.А., Маслов А.В. Новые данные о платиноносности верхнерифейско-вендских отложений Центрально-Уральской мегазо-
ны (Средний и Северный Урал) // Изв. вузов. Геология и разведка. 2010. № 3. С. 25-33.
Рыкус М.В., Андреев Н.И., Муркин В.П., Маслов А.В., Сначев В.И. Углеродистые отложения докембрия Южного Урала / УНЦ РАН. Уфа, 1993. 40 с.
Сначёв А.В. Палеогеографические условия и рудоносность углеродистых отложений чу-лаксайской свиты (Восточно-Уральская мегазона) // Геологический сборник: сб. науч. ст. / ИГ УНЦ РАН. Уфа, 2009. № 8. С.210-220.
Тейлор С.Р., МакЛеннан С.М. Континентальная кора: ее состав и эволюция. М.: Мир., 1988. 384 с.
Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Элементы-примеси в черных сланцах. Екатеринбург: Наука, 1994. 304 с.
Hennessy J.F., Mossman D.J. Geochemistry of Ordovician black shales at Medictic southern Miramichi Highlands, New Brunswick // Atlantic Geol. 1996. Vol. 32. P. 233-245.
Kendall B., Creaser R.A., Gordon G. W., Anbar A.D. Re-Os and Mo isotope systematics of
black shales from the Middle Proterozoic Velkerri and Wollogorang Formations, McAr-thur Basin, northern Australia // Geochim. et Cosmochim. Acta. 2009. Vol. 73. P. 25342558.
Manikyamba C., Kerrich R., Gonzalez-Alvarez I., Mathur R., Khanna T.C. Geochemistry of Paleoproterozoic black shales from the In-tracontinental Cuddapah basin, India: implications for provenance, tectonic setting, and weathering intensity // Precam. Res. 2008. Vol. 162. P.424-440.
Xu L., Lehmann B., Mao J., Nägler T.F., Neubert N., Böttcher M.E., Escher P. Mo isotope and trace element patterns of Lower Cambrian black shales in South China: Multi-proxy constraints on the paleoenvironment // Chem. Geol. 2012. Vol. 318-319. P. 45-59.
Yu B., Dong H., Widom E., Chen J., Lin C. Geochemistry of basal Cambrian black shales and cherts from the Northern Tarim Basin, Northwest China: Implications for depositional setting and tectonic history // J. Asian Earth Sci. 2009. Vol. 34. P. 418-436.
Low Carbon Black Shales of South and Parts of Central and Northern Urals: New Geochemical Characterization Data
A.V. Maslovab, G.A. Petrova, E.Z. Gareev
a Institute of Geology and Geochemistry, Ural Branch of RAS, 15 Vonsovskiy Str., Yekaterinburg 620016, Russia. E-mail: [email protected]
b Institute of Geology, Ufa Scientific Centre of RAS, 16/2 K. Marx Str., Ufa 450077, Russia
We analyzed the distribution of wide range of trace elements in low-carbon shales of various Riphean, Vendian and Lower Paleozoic lithostratigraphic units of the South, Central, and southern part of the Northern Urals (Satka, Bolshoy Inzer, Suran, Yusha, Zigazino-Komarovo, Vels, Buton, Bezgodovo, and other suites). It was determined that they significantly differ in content of the trace elements. In the most cases, the concentration of trace elements in these shales is roughly comparable with those found in well-known geochemical units, such as the Post-Archean Australian Shale (PAAS), or is lower. Alternatively, obtained data showed significant differences between the Urals low-carbon black shales and the Vendian and Cambrian black shales from China, and other black shale formations, characterized by higher concentration of many trace elements. We consider the probable important role of the geodynamic position of black shale formation, variation in the bioproductivity, association with specific rock complexes, and extent of secondary transformations in variability of geo-chemical composition of the black shale sediments.
Key words: low carbon black shales, Riphean, Vendian, Paleozoic, South Urals, Middle Urals, southern part of the Northern Urals.
References
Geologicheskaya karta Rossiyskoy Federatsii. Masshtab 1:1 000 000 (novaya seriya). List N-40(41). Obyasnitelnaya zapiska [Geological map of Russian Federation. Scale 1: 1 000 000 (new series). Sheet N-40 (41). Explanatory notes.]. V.I. Kozlov Ed., 2001, Bashkirge-ologiya, Ufa, p. 568. (in Russian) Snachev A.V., Snachev V.I., Rykus M.V., Saveliev D.E., Bazhin F.R., Adrislamov E.A. 2012. Ge-ologiya, petrogeokhimiya i rudonosnost uglerodistykh otlozheniy Yuzhnogo Urala [Geology, petrogeochemistry and ore content of the carbon-bearing deposits of the South Urals]. DizaynPress, Ufa, p. 208. (in Russian)
Gosudarstvennaya geologicheskaya karta Rossiyskoy Federatsii. 1:1 000 000. Tretye pokole-nie. Uralskaya seriya. List P-40 (Severouralsk). Obyasnitelnaya zapiska [State geological map of Russian Federation. 1:1 000 000. Third generation. Urals seria. Sheet P-40 (Severouralsk). Explanatory notes]. VSEGEI, Saint Petersburg, p. 332. (in Russian) Zhmodik S.M., Mironov A.G., Zhmodik A.S. 2008. Zolotokontsentriruyshchie sistemy ofio-litovykh poyasov (na primere Sayano-Baykalo-Muyskogo poyasa) [Gold-concentrating systems of the ophiolite's belts (on example of the Sayan-Baikal-Muya Belt)]. Geo, Novosibirsk, p. 304. (in Russian) Zakharov O.A., Puchkov V.N. 1994. O tektonich-eskoy prirode maksyutovskogo kompleksa Uraltau [On the tectonic nature of the Maksyutovskiy complex, Uraltau]. Ufa Scientific Centre of RAS, Ufa, p. 28. (in Russian) ^valev S.G., Vysotskiy I.V., Puchkov V.N., Maslov A.V., Gareev E.Z. 2013. Geokhimich-eskaya spetsializatsiya strukturno-veshchestvennykh kompleksov Bashkirskogo megantiklinoriya [Geochemical characterization of structural geological complexes of Bashkirian meganticlinorium]. DizaynPress, Ufa, p. 268. (in Russian) Maslov A.V. 2009. Bezgodovskaya svita zapad-nogo sklona Srednego Urala: nekotorye geokhimicheskie kharakteristiki tonkozern-istykh terrigennykh porod [Bezgodovskaya Suit of the western slope of the Middle Urals: some geochemical characteristics of finegrained terrigenous rocks]. In Ezhegodnik-2008. IGG, UB of RAS, Yekaterinburg, pp. 150-153. (in Russian)
Мaslov A.V. 1988. Rifeyskie uglerodistye ot-lozheniya Bashkirskogo megantiklinoriya [Riphean carbonaceous deposits of the Bashkir-ian Mega-anticlinorium]. Lithology and Mineral resources. 3:101-109. (in Russian) Мaslov A.V., Gareev E.Z., Krupenin M.T., Ko-valev S.G. 2013. Litogeokhimicheskie osoben-nosti glinistykh slantsev satkinskoy svity nizh-nego rifeya Bashkirskogo megantiklinoriya: novye dannye [Lithogeochemical features of the Lower Riphean Satka Suit shales of the Bashkirian Meganticlinorium: new data]. Bulletin of Perm University. Geology. 1(18):26-33. (in Russian) Мaslov A.V., Olovyanishnikov V.G., Isherskaya M.V. 2002. Rifey vostochnoy, severo-vostochnoy i severnoy perefirii Russkoy plat-formy i zapadnoy megazony Urala: lito-stratigrafiya, usloviya formirovaniya i tipy osa-dochnykh posledovatelnostey [Riphean of the eastern, north-eastern and northern periphery of the Russian Platform and the Western Urals Megazone: litostratigraphy, conditions of formation and types of sedimentary sequences]. Litosfera. 2:54-95. (in Russian) Mironov A.G., Zhmodik S.M., Ochirov Yu.Ch., Gurskaya L.I., Popov V.D., Sapozhnikov D.Yu. 2002. Black shale formations in the Sayan-Baikal mountainous province: geochemistry, metallogeny, and geodynamic environments. Russian Geology and Geophysics. 43:364-381. Petrov G.A., Aleksandrov V.A., Zubkov A.I., Maslov A.V., Ronkin Yu.L. 2015. K probleme rudonosnosti chernykh slantsev Vishersko-Kutimskogo anticlinoriya (Severnyy Ural) [To the problem of ore content of black shales of the Vishera-Kutim anticlinorium (Northern Urals)]. Bulletin of Perm University. Geology. 4(29):32-43. (in Russain) doi: 10.17072/ psu.geol.29.32 Petrov G.A., Maslov A.V. 2010. Novye dannye o platinonosnosti verkhnerifeysko-vendskikh ot-lozheniy Tsentralno-Uralskoy megazony (Sredniy i Severnyy Ural) [New data on the platinum potential of Upper Riphean-Vendian deposits of the Central Urals Megazone (Middle and Northern Urals)]. Izvestuya vyzov. Ge-ologiya i razvedka. 3:25-33. (in Russian) Rykus M.V., Andreev N.I., Murkin V.P., Maslov A.V., Snachev V.I. 1993. Uglerodistye ot-lozheniya dokembriya Yuzhnogo Urala [Pre-cambrian carbonaceous sediments of the Southern Urals]. IG USC of RAS, Ufa, p. 40. (in Russian)
Snachev A.V. 2009. Paleogeograficheskie uslovi-ya i rudonosnoct uglerodistykh otlozheniy chulaksayskoy svity (Vostochno-Uralskaya megazona) [Paleogeographic conditions and ore content of carbonaceous deposits of the Chulaksay Formation (East Urals Megazone)]. Geologicheskiy sbornik. IG USC of RAS, Ufa, 8:210-220. (in Russian) Taylor S.R., McLennan S.M. 1985. The continental crust: Its composition and evolution. Blackwell Scientific Pub., Palo Alto, CA, p. 312.
Yudovich Ya.E., Ketris M.P. 1994. Elementy-primesi v chernykh slantsakh [Trace elements in black shales]. UB of RAS, Yekaterinburg, p. 304. (in Russian) Hennessy J.F., Mossman D.J. 1996. Geochemistry of Ordovician black shales at Medictic southern Miramichi Highlands, New Brunswick. Atlantic Geol. 32(3):233-245. doi: 10.4138/2089. Kendall B., Creaser R.A., Gordon G. W., Anbar A.D. 2009. Re-Os and Mo isotope systematics of black shales from the Middle Proterozoic Velkerri and Wollogorang Formations, McAr-
thur Basin, northern Australia. Geochim. et Cosmochim. Acta. 73(9):2534-2558. doi: 10.1016/j.gca.2009.02.013 Manikyamba C., Kerrich R., Gonzalez-Alvarez I., Mathur R., Khanna T.C. 2008. Geochemistry of Paleoproterozoic black shales from the In-tracontinental Cuddapah basin, India: implications for provenance, tectonic setting, and weathering intensity. Precam. Res. 162:424440. doi: 10.1016/j.precamres.2007.10.003 Xu L., Lehmann B., Mao J., Nägler T.F., Neubert N., Böttcher M.E., Escher P. 2012. Mo isotope and trace element patterns of Lower Cambrian black shales in South China: Multi-proxy constraints on the paleoenvironment. Chem. Geol. 318-319:45-59.
doi: 10.1016/j.chemgeo.2012.05.016. Yu B., Dong H., Widom E., Chen J., Lin C. 2009. Geochemistry of basal Cambrian black shales and cherts from the Northern Tarim Basin, Northwest China: Implications for depositional setting and tectonic history. J. Asian Earth Sci. 34(3):418-436.
doi: 10.1016/j.jseaes.2008.07.003.
