Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2020, T. 492, № 1, стр. 23-28

Позднепермско-раннетриасовое время для Восточно-Европейской платформы ознаменовалось господством континентальных обстановок осадконакопления. Здесь, в пределах входящих в состав Русской плиты осадочных бассейнов, в условиях мелких пересыхающих водоемов и речных долин был сформирован мощный комплекс красноцветных отложений. Стратиграфическая корреляция последних нередко существенно осложнена в связи с фациальной изменчивостью, отсутствием региональных литологических маркеров и, в ряде случаев, неоднозначной палеонтологической характеристикой отдельно взятых разрезов, в том числе ввиду отсутствия остатков наземных позвоночных, имеющих ключевое значение для расчленения континентальных пермо-триасовых комплексов. Определение стратиграфического положения спорных разрезов возможно методами магнитной стратиграфии, однако и их использование зачастую ограничено в связи с проблемой оценки продолжительности перерывов в осадконакоплении. Очевидно, что для решения актуальных задач внутри- и межбассейновой корреляции терригенных пермо-триасовых толщ Русской плиты необходимо привлекать дополнительные независимые методы, одним из которых является метод U–Th–Pb-датирования обломочного (детритового) циркона. Предпосылки для использования этого метода приводятся в работе [1], в которой, на основании данных о распределении акцессорных минералов тяжелой фракции, авторами показано ярко выраженное усиление вклада Уральской питающей провинции при формировании нижнетриасовых отложений Московской синеклизы. О существенных изменениях в поступлении обломочного материала в Московский бассейн также свидетельствуют данные о величине магнитной восприимчивости, резкое возрастание которой в нижнетриасовых породах, по сравнению с верхнепермскими, наблюдается во многих разрезах [3]. Целью данного исследования является оценка возможностей использования метода U–Th–Pb-датирования обломочного циркона в качестве инструмента стратиграфической корреляции на примере опорного пограничного пермо-триасового разреза Жуков овраг (Владимирская область, 56.188° с.ш., 42.649° в.д.) [4] и разреза Недуброво (Вологодская область, 60.04521° с.ш., 45.74047° в.д.) (рис. 1), стратиграфическое положение которого спорно [5, 6].

Рис. 1.

Схема тектонического районирования Восточно-Европейской платформы (по [2] с упрощениями) с расположением изученных разрезов (звездочки). Цветные стрелки указывают установленные в работе предполагаемые направления сноса обломочного материала, соответствующего выделяемым возрастным пикам (подписи в белых многоугольниках в основании стрелок): ширина стрелок качественно отражает интенсивность сноса в соответствующее цвету стрелки время (оранжевый – поздняя пермь, фиолетовый – ранний триас).

Отбор проб на U–Th–Pb-датирование зерен циркона из сводного разреза Жуков овраг производился с целью проверки гипотезы о существенном перераспределении роли источников сноса при формировании пермских и триасовых отложений и был выполнен из слоев мелко-среднезернистых слабосцементированных песчаников: проба № 11 представляет терминальную пермь (слой № 27 обнажения 1023 согласно [4]), а проба № 56 – самые низы триасового интервала (слой № 7 обнажения 1029 по [4]). Из разреза Недуброво, с целью определения его стратиграфического положения, была отобрана проба “Н-3” из пачки среднезернистых коричневых песчаников в нижней части разреза (слой № 4 согласно [8]). Вес каждой пробы составлял 2–3 кг.

Выделение и U–Th–Pb-датирование обломочного циркона из разреза Жуков овраг реализовывалось на базе Центра многоэлементных и изотопных исследований ИГМ СО РАН (Новосибирск); выделение циркона из пород недубровской пачки проводилось в ИГЕМ РАН (Москва), а датирование – в ИГГД РАН (Санкт-Петербург). Исследовался циркон размерной фракции 50–200 мкм. Данные о морфологии и внутреннем строении зерен получены по катодолюминесцентным изображениям и снимкам в отраженных электронах. В обеих лабораториях изотопное U–Th–Pb-датирование выполнено методом LA–ICP–MS с использованием масс-спектрометров Element XR, оснащенных системой лазерной абляции NWR‑213 с камерой TwoVolumeTwo. В ИГГД РАН диаметр пучка лазера составлял 25 мкм, длительность измерения – 120 с (60 с – холостой по газу, 60 с – абляция). Калибровка проводилась по стандартному циркону GJ-1 [10]. Для контроля качества данных использованы стандартные цирконы Harvard 91500 и Plešovice. В ходе исследований для циркона Harvard 91500 получены оценки возраста по отношениям ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb и ²⁰⁶Pb/²³⁸U, соответствующие 1068 ± ± 4 и 1067 ± 4 млн лет (2σ), а для Plešovice 338 ± ± 1 млн лет (2σ) по отношению ²⁰⁶Pb/²³⁸U. В ИГМ СО РАН диаметр лазерного луча составлял 30 мкм при длительности измерения 70 с (40 с – холостой по газу, 30 с – абляция). Для стандартного циркона Harvard 91500 получены конкордантные оценки возраста 1062 ± 7 млн лет (2σ) и 1060 ± 9 млн лет (2σ), а для Plešovice – 337 ± 3 млн лет (2σ). Данные для стандартов циркона обеих лабораторий совпадают с оценками возраста, полученными методом ID‑TIMS [11, 13]. Изотопные отношения рассчитаны в программе GLITTER© [12], а поправки на обыкновенный Pb выполнены в программе ComPbCorr [7]. При построении гистограмм и кривых плотности вероятности возрастов [9] во внимание принимались оценки возраста с дискордантностью D ≤ 10%. Для зерен циркона, имеющих возраст более 1 млрд лет, использовалось значение, рассчитанное по изотопному отношению ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb, а для более молодых – рассчитанное по отношению ²⁰⁶Pb/²³⁸U. Статистически обоснованными считались пики, сформированные тремя и более оценками изотопного возраста циркона. Погрешности всех единичных анализов учитывались на уровне ±1σ.

Циркон из нижнетриасового интервала разреза Жуков овраг (проба № 56) имеет широкий диапазон возрастов (рис. 2, а) – от 336 до 3219 млн лет, при этом значимый пик формирует только палеозойская генерация (39%) с максимумом 362 млн лет. Оценки возраста остальных зерен образуют низкое плато в интервале 922–2023 млн лет, а зерна архейского возраста единичны (5%).

Рис. 2.

Гистограммы с распределением возрастов обломочного циркона для разрезов Жуков овраг (а, б) и Недуброво (в) с указанием оценок возраста наиболее значимых пиков и предполагаемых источников сноса. N – общее количество проанализированных зерен, n – количество зерен с дискодантностью ≤10%. (г) – сравнение кумулятивных кривых для возрастных спектров циркона из изученных разрезов.

Обломочный циркон верхнепермской части разреза Жуков овраг (проба № 11) характеризуется оценками возраста в широком интервале от 338 до 2747 млн лет (рис. 2, б). Зерна архейского возраста (6%) сгруппированы на участке с максимумом 2680 млн лет. Основной объем выборки (79%) составляют датировки в диапазоне 943–2080 млн лет с отчетливыми пиками 1776 и 1000 млн лет. Около 3% циркона – зерна вендского возраста; им соответствует небольшой пик 620 млн лет. Наконец, палеозойская генерация циркона (12%) образует отчетливо выраженный максимум 357 млн лет.

Распределение значений U–Pb-возрастов зерен циркона из пробы “Н-3” разреза Недуброво (рис. 2в) имеет один ярко выраженный пик с максимумом 344 млн лет (52%); остальные оценки возраста практически равномерно располагаются в интервале 850–1850 млн лет.

Распределение значений возрастов датированного циркона позволяет сделать предположение относительно его источников (широкие стрелки на рис. 1). Для всех изученных проб источником циркона девонского и каменноугольного возраста, наиболее вероятно, являлись магматические комплексы Уральского орогена. Представительные возрастные пики пробы № 11 (верхняя пермь) связываются нами с Тимано-Печорским (620 млн лет), Свеконорвежским (1000 млн лет) и Свекофеннским (1776 млн лет) выступами кристаллических пород, а генерация с максимумом 2680 млн лет – с комплексами Карельско-Кольского региона. Вместе с тем источниками протерозойских и архейских зерен могут являться и иные локальные выступы фундамента Восточно-Европейской платформы. Следует подчеркнуть, что зерна с аналогичными оценками возраста также присутствуют в пробах № 56 (ранний триас) и “Н-3” разреза Недуброво, однако не образуют выраженных пиков.

Визуальное сходство кривой плотности вероятности значений возрастов циркона из пород разреза Недуброво с кривой для циркона из триасовой части разреза Жуков овраг подтверждается подобием их кумулятивных кривых (рис. 2г), а также результатом теста Колмогорова–Смирнова (K–S-тест) (табл. 1), используемого для статистической оценки степени различия распределений значений возрастов обломочного циркона (если параметр р < 0.05, то две сравниваемые выборки статистически значимо различаются). Отметим, что одновременно K–S-тестом подтверждается статистически значимое различие значений возрастов зерен циркона пермской и триасовой проб разреза Жуков овраг.

Большинство зерен палеозойской генерации представлено субидиоморфными и, как правило, короткопризматическими кристаллами и их обломками. Соответственно подавляющее число докембрийских зерен – полуокатанные или окатанные обломки, часто с более сложной внутренней структурой. Однако в этой закономерности нередки исключения, и по этой причине сколько-нибудь надежная корреляция между морфологией зерен и значениями их изотопного возраста отсутствует, что особенно заметно для пробы “Н-3”, представленной зернами циркона относительно наиболее мелкой фракции. Во всех изученных пробах около 40% зерен обладает выраженной тонкой или грубой осцилляторной зональностью, характерной для циркона магматического генезиса.

Таким образом, на основании проведенной качественной и количественной интерпретации распределений значений U–Pb-возрастов обломочного циркона из верхнепермского и нижнетриасового интервалов опорного разреза Жуков овраг в сравнении со значениями возраста зерен циркона из разреза Недуброво, можно сделать вывод о раннетриасовом возрасте недубровской пачки. Важным результатом данной работы является подтверждение принципиального изменения условий поступления терригенного материала в Московский бассейн на границе палеозоя и мезозоя: раннетриасовое время характеризуется несомненным доминированием Уральской питающей провинции на фоне значительного сокращения сноса со стороны Фенноскандии, что определяет широкие перспективы для применения метода U–Th–Pb-датирования обломочного циркона при решении задач стратиграфической корреляции и расчленения пермо-триасовых разрезов Русской плиты.

Дополнительные материалы содержат исходные результаты U–Th–Pb-датирования, CL-изображения исследованных зерен циркона с отмеченными точками датирования и доступны по адресу в сети Интернет: http://paleomag-ifz.ru/files/Supplementary-Chistyakova-et-al-2020.zip