71319-1 (Строение и условия формирования карбонатных отложений верхнего маастрихта Крыма)

Строение и условия формирования карбонатных отложений верхнего маастрихта Крыма.

Е.В. Яковишина

Введение

Актуальность исследования

Первые геологические исследования в Горном Крыму проводились еще более 200 лет назад. Поэтому к настоящему времени накоплен богатый фактический материал, касающийся строения и стратификации маастрихтских отложений. Однако далеко не все представления геологов об этих осадочных образованиях соответствуют современному уровню геологии с ее высокими требованиями к точности, детальности стратиграфических исследований и палеоэкологических реконструкций. Для приближения к этим требованиям необходимо комплексное изучение опорных разрезов и скважин с использованием новых методов стратиграфии и палеогеографии. Кроме того, за последние десятилетия существенно изменились представления о процессах образования и накопления карбонатных осадков, что делает актуальным обобщение имеющихся данных с использованием единой современной методики научного анализа, направленной на выявление закономерностей формирования карбонатных отложений изучаемого района.

Верхнемаастрихтские отложения были выбраны в качестве исследуемого объекта неслучайно. Они широко распространены на Крымском полуострове и хорошо обнажены. Полученные автором новые и обобщенные уже имеющиеся данные по литологии, седиментологии, палеонтологии и палеоэкологии дают возможность детального изучения и построения седиментационной модели. Маастрихтские отложения интересны еще и тем, что их формирование связано с этапом, предшествующим одному из вымираний организмов на рубеже MZ и KZ.

Цель и задачи исследования

Цель работы заключалась в выявлении строения и условий формирования карбонатных отложений верхнего маастрихта Крыма. Для этого решались следующие задачи: 1. Комплексное изучение верхнемаастрихтских отложений. 2. Стратификация и детальная корреляция разрезов. 3. Генетическая типизация отложений и диагностика фаций. 4. Циклофациальный анализ отложений. 5. Создание секвенс-стратиграфической модели расчленения разрезов верхнего маастрихта. 6. Построение на базе секвенс-стратиграфического анализа детальной кривой высокочастотных эвстатических колебаний уровня моря.

Научная новизна

Работа представляет собой первое исследование по секвентной стратиграфии верхнемаастрихтских отложений Крымского полуострова, основанное на детальном изучении естественных обнажений, скважин и анализе литературных данных. Для центральной и юго-восточной частей Горного Крыма разработана литолого-стратиграфическая схема расчленения и корреляции разнофациальных разрезов верхнего маастрихта, основанная на принципах, предложенных А.С. Алексеевым (1989). В результате проведенных работ создана оригинальная модель циклофациального расчленения верхнемаастрихтских отложений изученного региона. Выделены и прослежены границы разноранговых секвенций, определены закономерности образования их седиментационных трактов. Показано, что их последовательная смена в течение позднего маастрихта обусловлена главным образом действием двух факторов: изменением тектонической ситуации и эвстатическими колебаниями уровня моря. Исходя из сравнительного анализа современных обстановок осадконакопления и геологической летописи, зашифрованной в строении разрезов, разработана седиментационная модель ископаемых карбонатных тел изучаемого региона.

Основные защищаемые положения

1. Разработана детальная схема стратиграфического расчленения и корреляции разнофациальных верхнемаастрихтских отложений центральной и юго-восточной частей Горного Крыма на основе комплексного применения литологических, историко-геологических и палеонтологических исследований.

2. Установленные закономерные вертикальные и латеральные последовательности генетических и литогенетических типов отложений, обусловливают смену в пространстве и времени четырех фациальных зон: мелководно-шельфовых равнин, дистальной и проксимальной частей глубокого шельфа и континентального склона.

3. Обосновано рамповое строение изученного объекта на основе особенностей распределения в разрезе парагенетических ассоциаций генетических типов и фациальных зон.

4. В верхнемаастрихтских отложениях Крыма выделены две секвенции, которые отвечают эвстатическим колебаниями уровня моря.

Теоретическое и практическое значение

Выявленная закономерность строения верхнемаастрихтских отложений, позволяет прогнозировать и характеризовать площадное распространение литогенетических типов пород и связанных с ними полезных ископаемых. Результаты исследования могут использоваться при разработке местной и уточнении региональных стратиграфических шкал Горного Крыма. На основе цикло-фациального анализа отложений построена детальная кривая эвстатических колебаний уровня моря, что дает возможность коррелировать вернемаастрихтские отложения Крымского полуострова с другими одновозрастными отложениями в мировом масштабе.

Фактический материал

В основу работы положены результаты личных исследований автора в ходе полевых работ с 2001 по 2005 годы. Проведено полевое послойное описание эталонных разрезов верхнемаастрихтских отложений Крыма и их детальный макро- и микроскопический анализ. Изучен геолого-геофизический материал по 30 разведочным скважинам, в лабораторных условиях изучены и проанализированы более 500 шлифов. Автором была проведена микро - и макросъемка большей части шлифов и образцов, а также макрофауны на кафедре минералогии МГУ. При разработке литолого-стратиграфической схемы верхнемаастрихтских отложений Л.Ф. Копаевич, В.Н. Беньямовским, А. Донт были выполнены определения по разным группам ископаемых организмов. Для решения поставленных задач использовался комплекс методов исследования вещественного состава пород включающий: определение содержания диоксида углерода (CO2) объемным методом на аппарате Кноппа-Фрезениуса; расчет количества органического углерода (Сорг.) методом автоматического кулонометрического титрования по величине PH на экспресс - анализаторе АН-7529; рентгенофазового анализа глинистой фракции на рентгеновском дифрактометре ДРОН-4. Совместно с коллегами из Саратовского университета были отобраны и проанализированы образцы на палеомагнитные и петромагнитные свойства. Помимо результатов личных исследований в работе обобщены опубликованные ранее данные и фондовые материалы по геологии, литологии, стратиграфии, геофизике, истории развития и тектонике Крыма в позднемеловое время.

Апробация работы

Основные положения работы докладывались на Конференции молодых ученых в МГУ (Москва, 2001), на Третьем Всероссийском литологическом совещании (Москва, 2003), на Втором Всероссийском меловом совещании (С-Петербург, 2004), на Международном семинаре по геомагнетизму в Казани (2005), на Международном палеогеновом симпозиуме в Бельгии (2003), на заседаниях кафедры региональной геологии и истории Земли геологического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 3 статьи в реферируемых журналах (в том числе две - в соавторстве), 7 тезисов.

Объем и структура работы

Работа изложена на 210 страницах машинописного текста, состоит из Введения, 7 глав и Заключения, сопровождается таблицами, рисунками, фотографиями шлифов, разрезов, образцов, фауны, списком литературы из 161 наименований.

Благодарности

Автор выражает глубокую благодарность за критические замечания и постоянную помощь в работе своему научному руководителю, профессору А.М. Никишину. Автор благодарит своих коллег по кафедре Л.Ф. Копаевич, А.С. Алексеева, Д.И. Панова, Е.Ю. Барабошкина, С.Н. Болотова, И.В. Шалимова, А.В. Тевелева, М.В. Коротаева, А.В. Ершова за дискуссии, ценные советы и консультации, а В.Н. Бенямовского за определения фораминифер.

Автор весьма признателен друзьям и коллегам Т.В. Кузнецовой, Н.В. Правиковой, Е.В. Зайцевой, О.А. Орловой, Е.М. Тесаковой, А.В. Зайцеву за постоянную поддержку, помощь и советы. Автор рад случаю поблагодарить свою семью за понимание и многолетнюю поддержку.

Глава 1. Изученность верхнемеловых отложений Крыма.

История изучения верхнемеловых отложений Крыма насчитывает более 150 лет. Особенно большой вклад в изучение верхнего мела внесли Дюбуа де Монпере (1838), Ж.Ж. Гюо (1842), А.А. Штукенберг (1873), К.О. Милашевич (1877), Н.И. Каракаш(1980), О.К. Лабнге (1910), Т.Ф. Вебер (1913), Н.П. Михайлов (1948), М.В. Муратов (1945, 1950, 1960, 1973), Н.И. Маслакова (1958), А.М. Волошина (1958), В.В. Друщиц (1956, 1960, 1986), В.Т. Кликушин (1981, 1985), Д.П. Найдин (1958, 1980, 1989, 1999), А.С. Алексеев (1981, 1989, 2004, 2005), Л.Ф. Копаевич (1990, 1992, 2004, 2005), А.М. Никишин (2001), Р.Р. Габдуллин (2000, 2001) и др. Многие из перечисленных специалистов делали обзорные публикации, как по стратиграфии верхнемеловых отложений (Н.И. Маслакова и А.М. Волошина, 1958; А.Е. Каменецкий (1986), так и по палеогеографии (Д.П. Найдин, В.П. Похилайнен, Ю.И. Кац, В.А. Красилов, Л.Ф. Копаевич, В.А, Григорьева, А.Е. Каменецкий, М.И. Павлюк, Р.В. Палинский, Л.Г. Плахотный и др.). Однако комплексные литолого-палеонтологические и историко-геологические исследования верхнего маастрихта не проводились.

Глава 2. Методы исследования.

Изучение строения и условий формирования отложений проводилось по единой методике секвентной стратиграфии. В ее основе лежит изучение комплекса генетически связанных фаций, ограниченного хроностратиграфическими поверхностями несогласий и коррелятивных им согласий (Wagoner et all., 1990). Для решения задачи проведено полевое послойное описание эталонных разрезов верхнемаастрихтских отложений Крыма и их детальный макро- и микроскопический анализ. В лабораториях МГУ, ГИН РАН определено содержание диоксида углерода (CO2) объемным методом на аппарате Кноппа-Фрезениуса; насчитаны количества органического углерода (Сорг) методом автоматического кулонометрического титрования по величине PH на экспресс - анализаторе АН-7529; проведен рентгенофазовый анализ глинистой фракции на рентгеновском дифрактометре ДРОН-4. Для уточнения положения границ мела и палеогена применялись петромагнитные методы - определение магнитной восприимчивости (k); естественной остаточной намагниченности (Jn); остаточной намагниченности насыщения (Hcr), и прироста магнитной восприимчивости после нагрева до 5000С в воздушной среде (dk), дифференцированный терминальный магнитный анализ (ДТМА). Автором для интерпретации фациальных зон использовался палеоэколого-палеонтологический метод.

Глава 3. Стратиграфическая схема верхнемаастрихтских отложений Крыма.

Верхнемаастрихтские отложения в Юго-Западной и Центральной структурных частях Горного Крыма выделены на основании распределения в них главным образом головоногих моллюсков, и в меньшей степени - двустворок и форамини фер. Данные отложения также характеризуются богатой ассоциацией бентосных фораминифер, принадлежащих к зонам Brotzenella praeacuta и Hanzawaia ekblomi (BF12-BF13). На этом уровне также выделены зоны Neobelemnella kazimiroviensis.. Для Юго-Западной части горного Крыма используется региональная схема (Алексеев,1989), основанная на литолого-палеонтологических особенностях пород. Автором была дополнена данная схема и предложено использование ее в Центральной и Юго-Восточной части горного Крыма. Для корреляции разрезов Юго-Западного и Юго-Восточного Крыма автором использовалась стратиграфическая схема по фораминиферам, составленная А.С. Алексеевым, Л.Ф. Копаевич (1997г.)

В Юго-Западном Крыму отложения представлены в основном карбонатными породами, с большим количеством макрофауны; губки, брахиоподы, гастроподы, двустворки. Вверх по разрезу известняки переходят в песчанистые известняки и известковистые песчаники с большим количеством крупных двустворок (Pycnodonte mirabile (Rouss.)). Для верхней части разреза характерны многочисленные поверхности стратиграфических перерывов. Верхний слой представлен кварц-глауконитовыми песчаниками с многочисленными рострами белемнитов и крупными раковинами пектенид и устриц. Мощность верхнего слоя колеблется от 0 до 5м. Общая мощность верхнемаастрихтских отложений в Юго-Западном Крыму достигает 80м. Отложения согласно залегают на мергелях нижнего маастрихта и с размывом перекрываются известковистыми песчаниками и известняками датского яруса. В центральном Крыму отложения представлены в основном мергелями, сменяющимися вверх по разрезу алевритистыми и песчанистыми известняками. В отложениях выделены фаунистические остатки - губки, иноцерамы, реже морские ежи, брахиоподы и гастроподы. В верхней части разреза прослеживается стратиграфический перерыв, выраженный поверхностью типа твердого дна (с. Мичурино, с. Курское) или поверхностью размыва (с. Тополевка). Общая мощность отложений достигает 60 м. Отложения согласно ложатся на известняки раннемаастрихтского возраста и с размывом перекрываются известняками датского возраста. В Юго-Восточном Крыму отложения маастрихтского яруса содержат значительно меньше макрофауны, поэтому их деление проводится на основе стратиграфических схем по планктонным и бентосным фораминиферам. Хроностратиграфическое деление проводилось по планктонным фораминиферам (Бенямовский, 2005). В Юго-Восточном Крыму отложения представлены илистыми известняками темно-серого цвета, с почти полным отсутствием макрофауны и бентосной микрофауны (фораминифер). В верхней части разреза выделяется маломощный слой (3-4м) илистых известняков темно-серого, почти черного цвета с повышенным содержанием Сорг. и практически полным отсутствием микро- и макрофауны. Вверх по разрезу известняки сменяются алевритистыми известняками. Общая мощность отложений 85 м. В Юго-Восточном Крыму отложения трансгрессивно перекрывают более древние горизонты вплоть до альба, и с размывом перекрываются песчанистыми известняками и известняками датского яруса.

В равнинном Крыму маастрихтские отложения установлены как в скважинах, так и в естественных выходах на Тарханкутском полуострове у с. Мелового и на Керченском полуострове, в районе с. Карангат. Отложения сложены светло-серыми и белыми известняками с прослоями серых мергелей и темно-серых глин, а местами песчанистыми темно-серыми мергелями и известковистыми песчаниками. Мощность маастрихтских отложений на Тарханкутском полуострове достигает 500-800 м. В полных разрезах они залегают на породах кампанского яруса, с которыми связаны постепенным переходом. (Богаец и др., 1972).

Глава 4. Литологическая характеристика.

4.1 Литогенетические и генетические типы