Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2020, T. 494, № 1, стр. 14-19

Кайнозойская эра отвечает принципиально новому этапу формирования чехла Восточно-Европейской платформы (ВЕП), когда после длительного периода накопления верхнемеловых карбонатных формаций начали формироваться терригенные, что может быть связано с появлением рельефа в областях эрозии, сопряженных с осадочным бассейном. В позднем олигоцене-раннем миоцене южная часть ВЕП являлась обширной областью развития мощных толщ песков, относимых к полтавским слоям (серии), местоположение областей сноса и характер источников осадочного материала которых до настоящего времени являются предметом дискуссии. Преобладает точка зрения о накоплении полтавских песков за счет эрозии раннедокембрийских комплексов фундамента платформы, слагающих Воронежский кристаллический массив, раннедокембрийских и палеозойских образований Орловско-Тамбовского сводового поднятия, а также палеозойских осадочных толщ Донбасса или кор выветривания по ним [2]. В то же время имеются данные (например, [11]), что осадочный материал поступал из промежуточных коллекторов, распространенных в центральных частях Русской плиты, в результате его миграции с севера на юг. С целью получения информации о возрасте кристаллических комплексов, являвшихся источниками осадочного материала, авторами выполнено изотопное U–Pb датирование зерен dZr из кварцевых песков полтавских слоев верхнего олигоцена юго-восточного склона Воронежской антеклизы.

Палеогеновые отложения изучены в скважине № 1238, пробуренной в окрестностях станицы Базковская (Ростовская область) (54°89′10″ с.ш. 77°27′47″ в.д.). По данным палинологического анализа палеоген вскрыт в скважине в интервале глубин 20–91.7 м, и с перерывом залегает на мергелях верхнего сантона–нижнего кампана (рис. 1) [1]. В палеогеновых отложениях выявлены два седиментационных цикла. Нижний цикл установлен в интервале глубин 91.7–56.8 м, и соответствует бузиновской, вешенской свитам, суровикинским и осиновским слоям, представленных песками, глинами, алевритами и охарактеризованных зональными комплексами диноцист позднего палеоцена–средней части раннего эоцена. Верхний – залегает с перерывом, и вскрыт в интервале 56.8–20.6 м. Ему отвечают венцовские и полтавские слои, представленные пестроцветной толщей мелкозернистых песков с подчиненными прослоями глин, приуроченных к нижней части цикла. Венцовские слои охарактеризованы диноцистами слоев с Rhombodinium draco – Deflandrea spinulosa верхнего рюпеля–нижнего хатта, на которых согласно залегают палеонтологически немые полтавские слои, несогласно перекрытые четвертичными суглинками. Из толщи, отнесенной к полтавским слоям, для изучения dZr были отобраны пробы AGN3 и AGN2 с глубин 39.8 и 40.8 м соответственно (рис. 1).

Рис. 1.

Литолого-стратиграфическая колонка скважины № 1238 и уровень отбора проб (красные звезды) AGN2 и AGN3, для которых выполнено U–Pb изотопное датирование зерен dZr.

Для минералогического изучения из проб по стандартной методике были выделены тяжелая фракция и концентрат dZr, в которых размер отдельных зерен не превышал 0.16 мм. Морфологическая типизация и анализ микроанатомического строения проводились в приполированных эпоксидных шашках. Изотопное U–Pb датирование зерен dZr (LA–ICP–MS) выполнено в Лаборатории химико-аналитических исследований ГИН РАН. Примененные этапы пробоподготовки, описание аппаратуры, а также технология измерений, методические приемы и константы, используемые для обработки первичных аналитических данных, приведены в работах [5, 8]. Обработка аналитических результатов выполнена в программах “GLITTER” [12] и Isoplot/Ex. Для количественного сопоставления полученных наборов возрастов dZr из проб применен тест Колмогорова–Смирнова (KS-тест) с использованием программы [13].

В результате минералогических исследований (изучалась размерная фракция –0.16…+0.1 мм) установлено, что фракция тяжелых минералов проб AGN2 и AGN3 имеет близкий минералогический состав (ильменит, лейкоксен, рутил, циркон, гранат, турмалин, силлиманит, дистен). Зерна dZr о представлены преимущественно (71–73%) обломками угловато-округлой формы, светло-желтого, бледно-розового и водяно-прозрачного цвета. Количество обломков dZr, непригодных для морфологической типизации, составляет 55–60%. Микроанатомический рисунок отдельных зерен сохраняет первичные черты ростовой зональности, однако преобладающая часть зерен (до 95% от их общего числа) имеет следы наложенных метаморфических преобразований (нечеткие границы между зонами, пятна, регенерационные каймы).

В пробах AGN3 и AGN2 изучение U–Pb изотопной системы выполнено для 100 и 42 зерен dZr, соответственно. Среди них 14 анализов имеют дискордантность более 2%. Остальные характеризуются низкой дискордантностью (–2% < D < 2%), что свидетельствует о хорошей сохранности U–Pb изотопной системы в изученных зернах dZr. Такие особенности можно объяснить многократным переотложением осадочного материала, в результате которого были полностью разрушены зерна с механическими и иными дефектами, способствовавшими частичной потере радиогенного свинца. Поэтому все оценки возраста с приемлемым уровнем дискордантности были использованы для построения гистограмм и кривых плотности вероятности (КПВ). Возрастной диапазон зерен dZr из пробы AGN2 составляет 265 ± 8 ÷ 2738 ± ± 18 млн лет, а из пробы AGN3 – 921 ± 20 ÷ 2832 ± ± 16 млн лет (рис. 2 а, б). В обеих пробах преобладают зерна протерозойского возраста (в диапазоне 1–2 млрд лет), менее распространены зерна фанерозойского, позднепротерозойского (моложе 1 млрд лет) и архейского возрастов.

Рис. 2.

Гистограммы и КПВ значений U–Pb возрастов dZr из проб AGN3 (а) и AGN2 (б) и суммарного набора возрастов по этим пробам (в). В верхней части рисунка (г) показана сводка известных диапазонов возраста архейско-раннепротерозойских кристаллических комплексов фундамента ВЕП и отдельных ее доменов, а также структур, осложняющих внутреннее строение ВЕП, и структур ее обрамления (построена с учетом данных, собранных в ([4, 5, 8–10, 14] с дополнениями). Красной обводкой отмечены комплексы Свекофеннского и Свеконорвежского доменов, а также структурного основания палеозоид Центральной Европы, полностью обеспечивающие зафиксированный в полтавских слоях набор возрастов dZr.

При сопоставлении наборов значений U–Pb оценок возраста зерен dZr из проб AGN3 и AGN2 с применением KS-теста получено значение коэффициента р, равное 0.62. Это позволяет считать, что: (1) возрастные наборы зерен dZr из проб AGN3 и AGN2 с 95%-ной вероятностью сходны; (2) между источниками сноса из двух уровней разреза полтавских слоев нет значимых различий; (3) возрастные наборы зерен dZr из проб AGN3 и AGN2 можно объединить и рассматривать полученный набор как единый провенанс-сигнал полтавских слоев (рис. 2в).

Проведено сравнение провенанс-сигнала dZr из полтавских слоев с диапазонами возрастов раннедокембрийских комплексов фундамента ВЕП и более молодых образований, участвующих в строении позднедокембрийских и палеозойских складчатых поясов ее обрамления: гренвилид Свеконорвежского орогена, тиманид Тимано-Печорского региона и западного Урала, кадомид фундамента Скифско-Туранской плиты, каледонид Скандинавско-Гренландского орогена, герцинид Европы и Урала, а также позднедокембрийских и палеозойских магматических образований платформы.

Анализ возрастных диапазонов комплексов всех элементов фундамента (Сарматия, Волго-Уралия и Фенноскандия) платформы, а также восточного (Урал) и северо-восточного (Тимано-Печорский регион) ее обрамления показывает, что они не соответствуют возрастному диапазону dZr из полтавских слоев (рис. 2г). Наибольшая степень сходимости полтавского провенанс-сигнала по доминированию протерозойских возрастов в диапазоне 1–2 млрд лет установлена с комплексами Свеконорвежского орогена [14], кадомид Западной и Центральной Европы и фундамента Скифско-Туранской плиты ([5] и ссылки в ней).

Согласно существующим палеогеографическим и палеотектоническим реконструкциям, полтавские слои формировались в северной краевой зоне Паратетиса, а осадочный бассейн, в котором они накапливались, приурочен к Днепровско-Донецкому бассейну, являвшимся связующим звеном морских коммуникаций Северного и Скифского морей (рис. 3) [7]. Полученные авторами данные изотопного U–Pb датирования зерен dZr свидетельствуют о том, что в позднем олигоцене один из основных седиментационных потоков в пределах ВЕП был направлен из Свеконорвежской области и/или обусловлен рециклингом через промежуточные коллекторы из центра Русской плиты [3, 6, 11]. При этом из числа возможных промежуточных коллекторов исключаются пермо-триасовые и более молодые толщи, так как они содержат уральский провенанс-сигнал, а девонские толщи несут каледонский сигнал (рис. 2г). Это согласуется как с палеогеографией региона [7], так и с данными по тектонике Фенноскандии, которая в олигоцене испытывала воздымание [13] и сильную денудацию в условиях гумидизации климата.

Рис. 3.

Палеогеографическая схема бассейнов Западной Евразии в хатте (по [7] с изменениями). 1 – суша; 2 – море; 3 – суша, временами заливаемая морем; 4 – направление поверхностных течений водных масс в палеобассейнах; 5 – возвышенность Фенноскандии, в пределах которой широко распространены позднедокембрийские комплексы возрастом от 0.9 до 2 млрд лет (Свеконорвежская и Свекофеннская области); 6 – предполагаемое направление перемещения продуктов эрозии комплексов, экспонированных в пределах возвышенности Фенноскандии; 7 – предполагаемое направление вдольберегового разноса обломочного материала; 8 – местоположение скважины № 1238. ПД – Польско-Датский пролив; ВВ – Волынская возвышенность; УП – Украинский перешеек; ДБ – Донбасс.

Таким образом, выяснено, что формирование полтавских слоев в Днепровско-Донецком бассейне происходило за счет эрозии комплексов запада Фенноскандии, а транспортировку обломочного материала осуществляли течения, направленные из Северного моря в Скифское.