Введение к работе
Актуальность темы исследования. Магнитогорская мегазона Южного Урала представляет собой уникальный по сохранности фрагмент островной дуги, активно развивавшейся в девонское время (Вулканизм...,1992; Пучков, 2000 и др.). Большинство исследователей начало ее формирования связывают с эмсским вулканизмом (мостостроевский комплекс, баймак-бурибаевская свита). Однако появляются новые данные, указывающие на наличие островодужных магматических комплексов более древнего (лохков-пражского) возраста (Ферштатер и др., 2007; Грабежев, 2009; Косарев и др., 2014). Несмотря на многолетнюю историю исследований и достаточно большой объем полученных данных по Магнитогорской островодужной системе, начальный лохков-раннеэмсский этап ее формирования остается малоизученным.
К лохков-раннеэмсским отложениям относят рыскужинскую, ускульскую, ильтибановскую и мансуровскую толщи (Чибрикова, 1977; Маслов, 1980; Мас-лов, Артюшкова, 2010 и др.). Они состоят из обломочных (вулканокластических), карбонатных, кремнистых пород и реже вулканитов, расположенных в зоне Главного Уральского разлома или в непосредственной близости от нее. Поэтому нижнедевонские отложения часто подвержены вторичным изменениям, а разрезы их имеют фрагментарное строение. Изучение обломочных разностей, пользующихся наибольшим распространением, и фациальных взаимоотношений между разнородными породами, позволяет внести вклад в реконструкцию обстановок седиментации раннедевонского бассейна и детализировать историю развития Магнитогорской островодужной системы на начальном этапе ее формирования.
Степень разработанности темы. Нижнедевонские обломочные породы Западно-Магнитогорской зоны (ЗМЗ) изучались, главным образом, совместно с другими одновозрастными отложениями при геологосъемочных, поисковых и стратиграфических исследованиях. В связи с малым количеством находок фауны долгое время их картировали в составе ирендыкской свиты среднего девона (Нестоянова, 1964; Анисимов, 1978; Кац, 1980 и др.). Нижнедевонские кластолиты в вышеназванных работах описываются достаточно кратко и по-разному, например как вулканомиктовые и вулканотерригенные песчаники, туфы, туффиты, ту-фопесчаники или тефроиды. Литологические исследования, включающие детальное описание структурно-текстурных особенностей, изучение минералого-петрографического и химического состава, восстановление обстановок седиментации и др., не проводились. В настоящее время, благодаря детализации стратиграфии нижнедевонских отложений ЗМЗ (Маслов, Артюшкова, 2010 и др.) появилась возможность подробно изучать литологические особенности пород и сравнивать одновозрастные толщи.
Цели и задачи. Цель работы состоит в выявлении особенностей строения, состава и обстановок накопления нижнедевонских обломочных отложений Западно-Магнитогорской зоны Южного Урала.
Задачи, которые необходимо было решить:
-
в ходе полевых работ изучить строение известных и датированных по палеонтологическим данным нижнедевонских разрезов и провести сбор фактического материала;
-
исследовать структурно-текстурные особенности обломочных отложений и произвести их интерпретацию;
-
изучить минералого-петрографический и литогеохимический состав обломочных отложений и на основе полученных данных сравнить разрезы между собой для выявления характерных признаков;
-
определить источники сноса и процессы, обусловившие мобилизацию и транспортировку обломочного материала, восстановить обстановки их седиментации;
-
установить геодинамическую обстановку изученного региона в лохков-раннеэмсское время.
Научная новизна.
-
Описание структурно-текстурных свойств обломочных отложений с выделением циклитов (элементов ритмичного строения) дало возможность обнаружить отличительные особенности строения нижнедевонских толщ ЗМЗ. Построены литологические колонки и схематичные геологические карты по страто-типическим участкам с детальной привязкой фактического материала.
-
Впервые детально изучен минералого-петрографический и литогеохи-мический состав отложений по всем известным разрезам. Полученные результаты позволили выявить критерии, применимые для корреляции одновозрастных толщ.
-
Впервые установлено, что источником сноса обломочного материала, слагающего отложения нижнего девона ЗМЗ, являлась островная дуга. Транспортировка материала осуществлялась турбидными и обломочными потоками.
-
Определены обстановки седиментации вулканокластического материала – склоны и подножия островной дуги и прилегающая к ней более глубоководная часть бассейна.
Теоретическая и практическая значимость работы. Выявленные особенности минералого-петрографического и химического состава нижнедевонских обломочных отложений ЗМЗ способствуют корреляции близких по возрасту слагаемых ими толщ в условиях сложного тектонического строения территории и недостаточной биостратиграфической охарактеризованности. Полученные данные могут использоваться при проведении разномасштабных геологосъемочных работ и тематических исследований, построении специализированных карт и схем, а также при оценке перспектив территории на выявление новых рудных объектов и детализации строения уже имеющихся, расположенных в тесной ассоциации с вулканогенно-осадочными отложениями нижнего девона.
Изложенная в диссертации реконструкция процессов и обстановок седиментации раннедевонского бассейна вносит вклад в изучение истории развития Магнитогорской мегазоны Южного Урала.
Методология и методы исследований. Работа основана на материалах, собранных автором с 2012 по 2016 гг. Обломочные отложения изучены в Вознесен-4
ско-Присакмарской и Узынкырской подзонах ЗМЗ при описании 10 перспективных участков, включающих 16 разрезов. Литологические исследования производились в тесном контакте с сотрудниками лаборатории стратиграфии ИГ УФИЦ РАН, что обеспечило корректную возрастную привязку изученных образцов. Отобрано и изучено более 400 образцов горных пород и шлифов. Получены и проинтерпретированы содержание петрогенных и малых элементов по 135 и 86 пробам образцов горных пород соответственно.
Содержание главных элементов определялось методом рентгено-
флуоресцентного анализа на спектрометре VRA–30 в ИГ УФИЦ РАН. Содержание малых элементов установлено методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS) в центральной лаборатории ВСЕГЕИ на масс-спектрометре ELAN-DRC-6100 и в лаборатории ядерно-физических и масс-спектральных методов анализа ИПТМ РАН на масс-спектрометре Х-7, где разложение проб проводилось методом кислотного растворения в закрытой системе.
Положения, выносимые на защиту.
-
Кластолиты рыскужинской, ускульской, ильтибановской и мансуровской толщ Западно-Магнитогорской зоны сложены преимущественно тефроген-ным и вулканотерригенным материалом основного и среднего состава острово-дужной химической специализации. Минералого-петрографический и геохимический состав обломочных пород перечисленных выше толщ различен, что обусловлено формированием их под влиянием разных источников сноса.
-
Транспортировка обломочного материала осуществлялась турбидными и обломочными потоками. В рыскужинской и ускульской толщах преобладают турбидиты, а в ильтибановской и мансуровской толщах – дебриты.
-
В раннедевонском бассейне обстановки седиментации обломочного материала различались. Отложения рыскужинской и ускульской толщ накапливались на склонах и в непосредственной близости от вулканических центров островной дуги, а ильтибановской и мансуровской толщ – у их подножий и в более глубоководной части бассейна.
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов исследований подтверждается большим объемом выполненных полевых работ, значительным количеством изученных образцов горных пород и шлифов, комплексным применением современных методов исследований и аналитических работ, а также воспроизводимостью полученных результатов.
Основные положения диссертации докладывались на научных конференциях и совещаниях. В их числе: 21-я научная конференция молодых ученых «Структура, вещество, история литосферы Тимано-Североуральского сегмента» (Сыктывкар, 2012), Научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Геология в развивающемся мире» с международным участием (Пермь, 2012, 2014), Конференция-конкурс среди выпускных курсов высших учебных заведений в Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» (Санкт-Петербург, 2013), Межрегиональная научно-практическая конференция «Геология, полезные ископаемые и проблемы геоэкологии Башкортостана, Урала и сопредельных территорий» (Уфа, 2014, 2016), Всероссийская школа студентов, аспирантов и молодых ученых по литологии (Екатеринбург, 2014,
2016 – диплом 1 степени), 8-е Всероссийское литологическое совещание (Москва, 2015), 5-я Всероссийская молодежная геологическая конференция с международным участием «Геология, геоэкология и ресурсный потенциал Урала и сопредельных территорий» (Уфа, 2017) и др.
По теме диссертации опубликовано 15 работ: 6 статей в рецензируемых журналах из списка ВАК, 9 – в материалах конференций регионального и всероссийского уровней.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа объемом 145 страниц состоит из введения, пяти глав, заключения, 77 рисунков и 4 таблиц. Список литературы включает 174 наименования.