Новые палинологические данные из верхнеюрских отложений Западного Кавказа
А.А. Горячева, С.О. Зорина, Д.А. Рубан
Аннотация
Палинологические данные имеют важное значение при изучении верхнеюрских и нижнемеловых отложений Западного Кавказа, однако они все еще отличаются значительной неполнотой. Новые исследования, проведенные в Апшеронском районе Краснодарского края, позволили уточнить вещественный состав своеобразных отложений, относимых к фуабгинской свите, и впервые охарактеризовать свойственный им комплекс палиноморф. Методически данная работа основана на детальном литологическом анализе, а также палинологическом изучении специально подготовленного материала с использованием микроскопических методов. Установлено, что изученные отложения представлены, главным образом, пелитовыми алевролитами, содержащими линзы песчаников. В составе комплекса палиноморф при общем доминировании пыльцы (64,2 %) и спор наземной растительности (11,5 %) также присутствует микрофитопланктон (24,3 %), в составе которого определены цисты ди- нофлагеллят (до 20 %). На основании палинологических данных возраст алевролитов может быть установлен как титонский (позднеюрский), т. е. он оказывается значительно древнее, чем предполагалось ранее. В таком случае отложения могут быть отнесены к свите Поднависло, а целесообразность выделения самостоятельной фуабгинской свиты оказывается проблематичной. Особенности вещественного состава пород и комплекса па- линоморф позволяют предположить формирование отложений в относительно глубоководном бассейне, но на небольшом удалении от побережья.
Ключевые слова: биостратиграфия, диноцисты, Кавказское море, микрофитопланктон, обломочные породы, палеогеография, палиноморфы, региональная геология, уровень моря, юрская система.
Abstract
A.A. Goryacheva, S.O. Zorina, D.A. Ruban
NEW PALYNOLOGICAL DATA FROM UPPER JURASSIC DEPOSITS OF THE WESTERN CAUCASUS
Palynological information is important in the studies of the Upper Jurassic and Lower Cretaceous deposits of the Western Caucasus, but it is still incomplete. New investigations undertaken in the Apsheronsk District of the Krasnodar Region has permitted to reveal better the composition of the peculiar deposits attributed to the Fuabginskaya Formation and to characterize their palynomorph assemblage for the first time. Methodologically, the present work is based on the detailed lithological analysis and the palynological examination of the specially prepared material with the use of microscope approaches. It is established that the studied deposits are represented chiefly by shaly siltstones with lenses of sandstones. The palynomorph assemblage is dominated by gymnosperm pollen (64,2%) and spores of terrestrial plants (11,5%), and there is also microphytoplankton (24,3%), including doniflagellate cysts (up to 20%). The palynological data implies Tithonian (Late Jurassic) age of the siltstones, which are, thus, much older than thought previously. In such a case, the deposits can be attributed to the Podnavislo Formation, whereas the need in the separate Fuabginskaya Formation is questionable. The peculiarities of the rock composition and the palynomorph assemblage allow hypothesizing accumulation of the deposits in a relatively deep-marine basin, but closely to the seashore.
Keywords: biostratigraphy, dinoflagellate cysts, Caucasian Sea, microphytoplankton, clastic rocks, palaeogeography, palynomorphs, regional geology, sea level, Jurassic System.
Материалы и методы исследований
Палинологический метод играет большую роль в современной геологии и, в частности, помогает устанавливать или уточнять возраст осадочных комплексов. В случае отсутствия в последних руководящей фауны анализ палиноморф может иметь решающее значение для определения возраста, подчас с очень высокой точностью. Это справедливо для такой территории, как Большой Кавказ и, в частности, его западной части, где недостаточность обнаженности осадочных пород мезозоя вкупе с их интенсивной пликативной и дизъюнктивной нарушенностью и крайне неравномерной встречаемостью аммонитов и других морских макрофоссилий весьма затрудняют стратиграфическую привязку и корреляцию пользующихся широким распространением толщ позднеюрского и раннемелового возраста. Представления об их стратиграфии (в том числе биостратиграфические разработки) суммированы в сводных работах [1; 2]. В них обращается внимание на важность палинологической информации, хотя исследования, позволяющие собрать ее, проводились скорее эпизодически. Актуальным является проведение таких исследований с использованием новейших методик и оборудования [3], а также с обращением к постоянно обновляемой фактологической основе, заметно расширившейся в последнее время [4]. Отметить стоит и крайнюю ограниченность данных по цистам динофлагеллят (диноцистам) для юры Большого Кавказа [5-10]. Эта группа органикостенных планктонных водорослей активно применяется во всем мире для расчленения и межрегиональных корреляций морских отложений, так как обладает достаточно быстрыми темпами эволюции, проявляет слабую фациальную зависимость и имеет широкое географическое распространение.
Западный Кавказ представляет собой своеобразную в геологическом отношении территорию, соответствующую западной части горного сооружения Большого Кавказа, являющегося альпийским орогеном. Его формирование пришлось на вторую половину кайнозоя [11; 12], чему предшествовало долгое (юрский, меловой и палеогеновый периоды) функционирование системы островных дуг и задуговых бассейнов на северной периферии океана Тетис [13]. В пределах Западного Кавказа большим распространением пользуются осадочные отложения юрского и мелового возраста. В частности, верхняя юра представлена толщей карбонатных пород (известняки и доломиты) с рифовыми массивами, которая перекрывается пестроцветными алевролитами с участием песков, глин, мергелей. Их суммарная мощность достигает 1000 м. Нижний мел слагается осадочными комплексами, в состав которых входят песчаные, глинистые и карбонатные породы (локально также железистые). Общая мощность составляет порядка 500 м. Эти отложения накапливались в условиях тропического и субтропического климата, но палеогеографическая обстановка при этом была разной [14]. В поздней юре существовали широкие шельфовые пространства (карбонатная платформа), которые сменились прибрежно-лагунными условиями (сабкха). В раннем мелу глубина моря менялась, а среди отложений есть как прибрежно-мелководные, так и склоновые. Стоит отметить, что на протяжении рассматриваемого интервала геологического времени в пределах Западного Кавказа, возможно, существовала островная суша (по-видимому, архипелаги), покрытая растительностью.
Работающие на Западном Кавказе геологи-практики в последнее время стали использовать понятие «фуабгинская свита», которым обозначается своеобразный комплекс песчано -глинистых отложений, по возрасту относимых к середине раннемеловой эпохи. Однако соответствующие описания и интерпретации, насколько известно, не публиковались. Новые полевые и лабораторные исследования авторов, в ходе которых был изучен представительный разрез фуабгинской свиты, позволили впервые получить палинологические данные, которые меняют сложившиеся представления о данном литостратиграфическом подразделении и его геологическом возрасте. Целью настоящей работы является представление результатов этих исследований. Они имеют отнюдь не только региональное значение, т. к. демонстрируют важность применения палинологического метода для устранения неточностей в геологических знаниях относительно регионов со сложным строением.
Изученный разрез, представляющий отложения фуабгинской свиты, располагается к северу от ст. Нижегородской (Апшеронский район Краснодарского края). В борту автомобильной дороги «Апшеронск-Гуамка» обнажаются слаболитифицированные пелитовые алевролиты с линзами песчаников (рис. 1). Мощность в разрезе составляет около 5 м, нижние и верхние контакты свиты не прослеживаются. Вышеотмеченные линзы приурочены к отдельным уровням в толще и ориентированы субпараллельно напластованию. По простиранию они достигают метра, а по мощности измеряются первыми десятками сантиметров.
Рис. 1. Схема расположения изученного разреза
Для представительных проб основных литологических типов в лабораториях Института геологии и нефтегазовых технологий КФУ (г. Казань) проводились следующие виды исследований: петрографический, рентгеновский количественный фазовый анализ и электронно -микроскопический анализ с микрозондом. Петрографический анализ выполнен с применением оптического поляризационного микроскопа «Carl Zeiss AxioLab» c цифровой камерой «Axiocam 506 color». Рентгенографические исследования проводились на дифрактометре «D2 Phaser» («Brucker»). Дифрактограммы были сопоставлены с эталонной международной картотекой порошковых рентгенографических стандартов PDF-2 ICDD. Электронно-микроскопические изображения и энерго-дисперсионные спектры получены на растровом электронном микроскопе «XL-30 ESEM» («Phillips») с ЭДС-анализатором «EDAX».
Палиноморфы изучались в лаборатории палеонтологии и стратиграфии мезозоя и кайнозоя ИНГГ СО РАН. Химическая обработка образцов после предварительного очищения и опробования соляной кислотой на карбонатность выполнялась сначала плавиковой кислотой, а затем пирофосфатом калия с последующим разделением органической и минеральной частей осадка в тяжелой кадмиевой жидкости с удельным весом 2,25 г/см3 путем центрифугирования. Палинологические объекты изучались во временных и постоянных препаратах на биологическом световом микроскопе «Zeiss Primo Star». Микрофотографирование осуществлялось при помощи светового биологического микроскопа «ZEISS Axioskop 40» и фотокамеры «Canon PowerShot G10». Для статистической обработки палиноспектров и их интерпретации подсчитывалось не менее 200 зерен, а за 100 % принималась вся совокупность микрофитофоссилий. Процентное содержание каждого таксона рассчитывалось от общего количества. Изученные остатки проб и палинологические препараты хранятся в вышеуказанной лаборатории. Видовые определения диноцист даны по [15]. отложение палинологический палиноморфа
Результаты и их обсуждение
В изученном разрезе присутствуют два литологических типа пород, а именно алевролиты и песчаники. Первые слагают основную часть выходящей на поверхность толщи, а вторые встречаются в виде линз. Палиноморфы установлены в алевролитах.
Рис. 2. Результаты изучения пелитовых алевролитов: а - рентгенограмма, б - электронно-микроскопическое изображение (mt - монтмориллонит, q - кварц)
По результатам проведенных анализов доминирующих пород установлено, что они являются пе- литовыми алевролитами. Обломочная часть представлена кварцем (54 %), микроклином (10 %), альбитом (8 %), что говорит о ее олигомиктовом характере. Глинистая часть представлена гидрослюдой (18 %), монтмориллонитом (6 %), каолинитом (4 %) (рис. 2а). Сильно корродированные обломочные зерна кварца погружены в глинистый матрикс (рис. 2б). В составе хлопьевидных агрегатов монтмориллонита отмечается существенное содержание титана, что может свидетельствовать о диагенетическом преобразовании монтмориллонита из пепловой вулканокластики.
Петрографическое изучение песчаников показывает, что они являются мелкосреднезернистыми, олигомиктовыми. Они слагаются зернами кварца (70-75 %), калиевого полевого шпата (5-10 %) и плагиоклаза (5-10 %) (рис. 3а). Зерна кварца угловатые и полуугловатые, имеют размеры 0,05-0,5 мм (80 % всех зерен кварца) и 0,5-1 мм (20 %). Зерна калиевого полевого шпата и плагиоклаза полуугловатые, имеют размеры 0,2-0,3 мм. Цемент карбонатный, участками глинистокарбонатный, базальный (15-20 %). Сортировка обломочных зерен неравномерная: угловатые зерна составляют 70-75 %, полуугловатые и окатанные - 25-30 %. Встречены окатанные обломки углистых сланцев (рис. 3б), кварцитов, единичные зерна мусковита. По облику порода напоминает глубоководный песчаник подводного конуса выноса.
Рис. 3. Изученные песчаники в шлифах (николи скрещены): а - общий вид, б - обломок углистого сланца
В ходе исследований был выявлен достаточно представительный состав палиноморф, включающий споры (11,5 %) и пыльцу голосеменных (64,2 %) наземной растительности и микрофитопланктон (24,3 %) (рис. 4, 5). Последний включает не только диноцисты, но и акритархи, празинофиты, зеленые зигнемовые и колониальные водоросли.
Среди диноцист наибольшую роль играют хоратные формы Systematophora areolata Klement (7,9 %) и Systematophora spp. (2,3 %). Содержание остальных таксонов изменяется от 0,6 % до 1,9 %. Среди них Corculodinium inaffectum Courtinat, Cribroperidinium gigas (Raynaud) Helenes, Oligosphaerid- ium complex (White) Davey & Williams, Kleithriasphaeridium sp., Stanfordella fastigiata (Duxbury) Helenes and Lucas-Clark, Achomosphaera sp., Sentusidinium sp., Kallosphaeridium sp., Mendicodinium sp., Fromea sp., Nannoceratopsis sp. (вероятно переотложенная или реликтовая форма) и Dinocyst gen. indet. Остальной микрофитопланктон определен в количестве от 0,3 % до 1,2 %. В его состав входят акритархи Micrhystridium spp., празинофиты Cymatiosphaera sp., Leiosphaeridia sp., Pterospermella sp., зеленые колониальные водоросли Botryococcus sp. и зигнемовые водоросли Schizosporis sp.
В группе пыльцы голосеменных значительно преобладает Classopollis classoides (Pflug) Pocock et Jansonius (38 %) Постоянно встречалась двухмешковая пыльца хвойных Alisporites, Piceapollenites, Pinuspollenites, Podocarpidites (до 20 %). Количество моносулькатной пыльцы Ginkgocycadophytus и Chasmatosporites значительно ниже (до 3 %).
Рис. 4. Цисты динофлагеллят (масштабная линейка 20 мкм): 1, 2 - Cribroperidinium gigas (Raynaud, 1978) Helenes, 1984, 3-5 - Corculodinium ?inaffectum (Drugg, 1978) Courtinat, 2000, 6 - Nannoceratopsis sp., 1961, 7 - Kleithriasphaeridium sp., 8 - Oligosphaeridium complex (White, 1842) Davey & Williams, 1966, 9 - Stanfordella fastigiata (Duxbury, 1977) Helenes and Lucas-Clark, 1997, 10 - Achomosphaera sp., 11 - Systematophora areolata Klement 1960, 12 - Sentusidinium sp.
Рис. 5. Цисты динофлагеллят, пыльца голосеменных, споры (масштабная линейка 20 мкм): 1-5, 7 - Systematophora areolata Klement 1960, 6 - Kallosphaeridium sp., 8 -Mendicodinium sp., 9 - Trilobosporites sp., 10 - Chasmatosporites sp., 11 - Cyathidites sp., 12 - Cicatricosisporites sp., 13-15 - Classopollis classoides (Pflug) Pocock et Jansonius
Споровая часть наименее представительна. В ее составе наиболее часто встречались споры це- атейных (Cyathidites - 2,3 %) и матониевых (Dictyophyllidites - 2,1 %) папоротников. Также были определены редкие (до 1,5 %) Marattisporites scabratus Couper, Duplexisporites spp., Gleicheniidites spp., Matonisporites spp.
Полученные результаты ценны сами по себе, т. к. позволяют впервые столь подробно охарактеризовать как осадочные породы, относимые к фуабгинской свите, так и содержащиеся в них палино- морфы. При этом они также позволяют сделать интерпретации двух видов, а именно палинострати- графические и палеогеографические. Как будет показано ниже, эти интерпретации вносят существенные коррективы в понимание возраста и природы отложений.
Corculodinium inaffectum является видом-индексом зоны Corculodinium inaffectum (верхняя часть нижнего кимериджа-нижняя часть нижнего титона) [16]. Однако довольно плохая сохранность соответствующего таксона из изученного разреза не позволяет опираться на него как на зональный вид-индекс. Тем не менее, стабильное присутствие Systematophora areolata, Cribroperidinium gigas, Oligosphaeridium complex, Kleithriasphaeridium sp., Stanfordella fastigiata и одновременно отсутствие характерных нижнемеловых таксонов позволяет, учитывая информацию о стратиграфическом распространении установленных диноцист [16-25], определить положение изученных алевролитов как верхнюю часть нижнего кимериджа-титон. Доминирование сфероидальной пыльцы рода Classopollis является характерным признаком для верхнеюрских спорово-пыльцевых комплексов Европы и Азии [26]. Предположительно, эта пыльца продуцировалась хвойными растениями семейства Cheirolepida- ceae. Наличие единичных схизейных папоротников Cicatricosisporites sp. и Trilobosporites spp. свидетельствует о позднеюрском возрасте вмещающих отложений, так как появление этих родов приурочено к самым верхам юрской системы (титон), а в нижнем мелу эти таксоны встречаются в гораздо большем количестве и разнообразнее в видовом отношении [27].