Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2021, T. 501, № 2, стр. 184-191

ВВЕДЕНИЕ

Археоциаты широко распространены в отложениях нижнего кембрия многих континентов [4, 9, 10, 16]. Появление этой фауны связано с крупными тектоническим перестройками и изменением геохимии океана в конце докембрия, что зафиксировано в вариациях δ¹³C и ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr в отложениях Сибирской платформы [5, 11, 15, 17, 18]. Сибирская платформа, которая в раннем кембрии находилась в приэкваториальной области и представляла собой теплое мелководное море, стала центром диверсификации археоциат [6, 9]. Распространение археоциат стало возможно благодаря развитию Палеоазиатского океана на периферии Сибирского кратона, где возникла система Удино-Витимской островной дуги и серии междуговых морей [3]. Таким образом, территория Саяно-Байкальской горной области представляет значительный интерес для понимания развития Палеоазиатского океана, его взаимодействия с эпиконтинентальным морским бассейном Сибирской платформы и эволюции археоциат в раннем кембрии. В настоящей статье показана стадийность развития скелета археоциат в олдындинской и аиктинской свитах, впервые для известняков этих свит получены С- и Sr-изотопные данные, что в сумме позволило уточнить возраст нижнекембрийских свит Западного Забайкалья.

ГЕОЛОГИЯ РЕГИОНА

Саяно-Байкальской горная область является cкладчатой cтpуктуpой в южном обpамлении Cибиpcкой платфоpмы. Основные геодинамичеcкие элементы этой области были сформированы на раннекаледонcком этапе в венде и кембpии.

В пределах Западного Забайкалья выделяется Удино-Витимская островодужная система, сформировавшаяся в раннем палеозое, которая включала в себя преддуговый осадочный бассейн, аккреционную призму с глубоководным желобом и собственно вулканическую дугу. В настоящее время сохранился только ряд фрагментов островодужной системы, которые образуют площади нижнепалеозойских осадочно-вулканогенных и субвулканических пород разного размера среди обширных полей верхнепалеозойских гранитоидов и габброидов [3]. Одна из таких областей – Удино-Витимская зона (рис. 1), к которой приурочены раннекембрийские вулканогенные и карбонатные отложения олдындинской свиты [8]. Другая крупная область с раннекембрийскими отложениями – Бирамьино-Янгудская, развита в северной части Забайкалья и приурочена к Бамбуйскому турбидитовому террейну (рис. 1).

Рис. 1.

Схема тектонического районирования Западного Забайкалья ([1], с дополнениями). 1 – Сибирский кратон (СК); 2 – кратонные террейны: ХД – Хамардабанский, ЗГ– Заганский, ЯБ – Яблоновый, МЛ – Малханский, АМ – Амалатский, ЧС – Чуйский, ОЛ – Ольхонский; 3 – террейны турбидитовых бассейнов: БД – Битуджидинский, АР – Аргунский, ВВ – Верхневитимский, БР – Баргузинский, ББ – Бодайбинский, БМ – Бамбуйский; 4 – островодужные террейны: УВ – Удино-Витимский; КЛ – Килянский; 5 – точки отбора проб (1 – р. Ульдзуйтуй; 2 – р. Хулудый; 3 – р. Аикта); 6 – структурно-фациальные зоны раннепалеозойского осадконакопления (I – Удино-Витимская, II – Бирамьино-Янгудская).

АРХЕОЦИАТЫ ОЛДЫНДИНСКОЙ И АИКТИНСКОЙ СВИТ

Среди нижнекембрийских отложений Удино-Витимской и Бирамьино-Янгудской зон широко развиты известняки с разнообразными комплексами археоциат [8, 14].

Олдындинская свита (Є₁ol), выделяемая в пределах Удино-Витимской структурно-фациальной зоны, сложена преимущественно эффузивами кислого и среднего составов, их туфами, туфолавами и известняками. Последние представлены простыми по морфологии биогермами и биостромами, сложенными серыми и розовато-серыми массивными известняками, содержащими археоциаты, водоросли, редкие трилобиты и мелкораковинную фауну. Олдындинская свита представлена двумя типами разрезов [3]. Для первого типа характерны вулканиты кислого и среднего состава (риолиты–дациты, андезиты и их туфы). Во втором типе преобладают вулканокластиты, слагающие серии конусов псефитовых и псефито-псаммитовых тефротурбидитов среднего и смешанного состава, а также вулкано-терригенные породы с органогенными карбонатными постройками.

Б.А. Далматов и М.М. Язмир на основе изучения археоциат олдындинской свиты выделили четыре региональных подразделения в ранге горизонтов с местными названиями [8, 14]: нижнеульдзуйтуйский, верхнеульдзуйтуйский, сухореченский и хулудинский атдабанского возраста со стратотипами по рекам Ульдзуйтуй и Хулудый. Отсутствие в известняках характерных форм ботомского яруса ставило под вопрос наличие отложений ботомского яруса в этом районе [14].

В 2015 и 2017 г. биостратиграфический отряд лаборатории геодинамики ГИН СО РАН обнаружил дополнительные формы археоциат в стратотипических разрезах олдындинской свиты (рис. 2). В естественном обнажении по бортам р. Сухого – левобережного притока р. Ульдзуйтуй были найдены формы с усложненным строением известкового скелета – Sajanolynthus desideratus Vologdin et Kashina, Sibirecyathus abacanicus Voronin, Ladaecyathus sp., Annulocyathella lavrenovae Krasnopeeva, Vologdinocyathellus schischlovi Konyushkov, Clathricoscinus vassilievi (Vologdin), C. sanaschtykgolensis Boyarinov et Osadchaya. Эти находки позволяют коррелировать сухореченский комплекс с зоной Clathricoscinus санаштыкгольского горизонта унифицированной схемы Алтае-Саянской складчатой области.

Рис. 2.

Ботомские формы археоциат олдындинской свиты. 1 – Sajanolynthus desideratus Vologdin et Kashina, 1972; ×20; шлиф 1704-21, поперечный срез, р. Ульдзуйтуй, нижний кембрий, ботомский ярус, олдындинская свита, сухореченский горизонт. 2 – Sibirecyathus abacanicus Voronin, 1974; ×20; шлиф 1704-25, поперечный срез, р. Ульдзуйтуй, нижний кембрий, ботомский ярус, олдындинская свита, сухореченский горизонт. 3 – Clathricoscinus vassilievi (Vologdin), 1940; ×20; шлиф 1704-13, поперечный срез, р. Ульдзуйтуй, нижний кембрий, ботомский ярус, олдындинская свита, сухореченский горизонт. 4 – Erismacoscinus angulatus (Jazmir), 1967; ×20; шлиф 01150-17, поперечный срез, р. Ульдзуйтуй, нижний кембрий, ботомский ярус, олдындинская свита, хулудинский горизонт. 5 – Irinaecyathus sp.; ×20; шлиф 0425, поперечный срез, р. Ульдзуйтуй, нижний кембрий, ботомский ярус, олдындинская свита, хулудинский горизонт. 6 – Usloncyathus sp.; ×20; шлиф 01150, продольное сечение, р. Ульдзуйтуй, нижний кембрий, ботомский ярус, олдындинская свита, хулудинский горизонт.

Помимо этого, в биогермных постройках из стратотипа верхнеульдзутуйского горизонта были описаны Compositocyathus chuludensis Jazmir, Formosocyathus ex. gr. vermiculatus (Vologdin), Irinaecyathus sp., Archaeocyathus sp., локулярные Erismacoscinus angulatus (Jazmir) и Usloncyathus sp. (рис. 2), не отмеченные предшественниками. Новые находки позволяют коррелировать данный комплекс с таковым по р. Хулудый и датировать его ботомским ярусом, а не атдабанским, как было принято ранее.

Все эти данные позволяют выделять в олдындинской свите только три археоциатовых горизонта, вместо четырех: ульдзуйтуйский горизонт атдабанского возраста, и сухореченский и хулудинский – ботомского.

Аиктинская свита (Є₁ai), развитая в басссейне р. Киляна в Северо-Муйском хребте и приуроченная к Бамбуйскому островодужному террейну (рис. 1), сложена темно-серыми, серыми, массивными и органогенными известняками с отдельными горизонтами известняков с микрофитолитами Osagia delicata и водорослями Renalcis ex. gr. polymorphus, а также известняков с пластовыми строматолитами. В известняках верхней части свиты были обнаружены трилобиты Kooteniella slatkowskii, Kooteniella sp., Chondragraulos sp., Erbia granulosa, Proerbia sp., Kootenia sp. и брахиоподы Nisusia sp., Matutella sp. [2]. Комплекс археоциат качинского горизонта акитинской свиты по р. Коокта представлен следующими формами: Pluralicyathus heterovallum (Vologdin), Stapicyathus mamiensis (Zhuravleva), Irinaecyathus kordae Jazmir, I. ratus (Vologdin), I. gikiticus (Vologdin), I. vitimicus (Vologdin), I. dubtshenkoi Jazmir, I. pseudocosatus Jazmir, Angaricyathus cyrenovi Zhuravleva и др. [14], что позволило исследователям отнести карбонатные отложения к тойонскому ярусу нижнего кембрия.

МОРФОЛОГИЯ И ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ АРХЕОЦИАТ

А.Ю. Розанов [9] выделил определенную последовательность морфопризнаков внутренней и наружной стенок и интерваллюма у археоциат из разрезов Сибири. Обнаруженные изменения соответствовали направлению эволюционного развития скелета археоциат в раннем кембрии. В истории развития “правильных” археоциат исследователи выделяют 4 этапа. Первый этап – этап становления, с использованием простой пористости скелета, второй – период широкого развития с появлением сложных морфологических элементов, третий – появление новых элементов, за счет перекомбинации уже имеющихся, четвертый – резкое сокращение разнообразия, приуроченное к середине ботомского века, с последующим доживанием некоторых таксонов, и полному вымиранию в конце тойона [14, 19]. Выделенные на основе изучения комплексов археоциат стратотипических разрезов Сибирской платформы, данные этапы положены в основу ярусного деления нижнего кембрия [9, 10], как знаковые эпохи эволюционного развития группы.

Ульдзуйтуйский комплекс олдындинской свиты представлен просто устроенными видами археоциат, обладающих достаточно высокой способностью к адаптации изменяющихся условий среды: Rotundocyathus, Nochoroicyathus, Loculicyathus. Развиты простые в своей морфологии признаки скелета, такие как: простая пористость внутренней и наружной стенок, септы с простыми порами и др.

Для сухореченского времени характерно широкое развитие таксонов археоциат, комплекс которых коррелируется с санаштыкгольским и соответствует зоне Clathricoscinus унифицированной стратиграфической схемы Алтае-Саянской области [4]. На этом этапе, богатом на биологическое разнообразие, появляется дополнительная оболочка наружной стенки (претиозоциатусовая и ербоциатусовая), псевдорешетчатая наружная стенка, простые и бугорчатые тумулы, элементы внутренней стенки – чешуи, кольца, козырьки, стремевидные каналы и др. Это Dupliporocyathus, Vologdinocyathellus, Gordonicyathus, Baikalocyathus, Geocyathus, Tennericyathus, Cyclocyathella, Leptosocyathellus, Annulocyathella, Sanarkocyathus и др. Широкое развитие в это время получили одностенные археоциаты Archeolynthus, Tumuliolynthus, Fransuasaecyathus и им сопутствующие обильные крибрициаты [13], отмечаемые в сопредельных регионах.

В среднеботомское (хулудинское) время таксономическое разнообразие сокращается, в подчиненном положении оказываются археоциаты родов Formosocyathus, Compositocyathus, Irinaecyathus, Tennericyathus, Taylorcyathus, Carinacyathus, Archaeocyathus. Большое распространение отмечается у низкомодульных форм археоциат – Protopharetra, Nochoroicyathus, Rotundocyathus, Dictyocyathus, что связано с палеоэкологическими условиями их существования. Очень редки Archaeolynthus и полностью отсутствуют Fransuasaecyathus. В редких случаях встречаются тубулярные слабопористые кубки Usloncyathus. Вероятно, что рост органогенных построек происходил в момент перерывов вулканической деятельности. Об этом говорит планомерное развитие археоциат, которое показал А.Ю. Розанов [4, 9].

В качинское время в эпиконтинентальном бассейне Сибирской платформы комплекс археоциат представлен родами Stapicyathus, Irinaecyathus, Angaricyathus, Pluralicyathus, которые характерны для тойонского яруса. Это время знаменовало этап полного вымирания археоциат на рубеже нижнего и среднего кембрия. Анализ полученных материалов показывает, что этапность появления структурных элементов скелета археоциат, выделенная на основе изучения таковых в комплексах Сибирской платформы, сохраняется и в палеобассейнах Западного Забайкалья. На рис. 3 показана смена форм археоциат с простой пористостью (ульдзуйтуйское время) кубками с чешуями, кольцами и каналами (сухореченское-хулудинское время), и кубками с дополнительной микропористой оболочкой типа Pluralicyathus (качинское время).

Рис. 3.

Видовое разнообразие археоциат, отношение ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr и значение δ¹³C в карбонатных породах олдындинской (Удино-Витимская зона) и аиктинской (Бирамьино-Янгудская зона) свит. 1 – риолиты, риодациты, дациты; 2 – андезиты, андезибазальты, базальты и их туфы; 3 – белые и светло-серые известняки; 4 – красноцветные известняки; 5 – брекчиевидные известняки; 6 – известняки с микрофитолитами; 7 – морфологические особенности строения кубков археоциат: A – Rotundocyathus (двустенная форма с перегородками в интерваллюме); B – Clathricoscinus (двустенная форма с перегородками и пористыми днищами); C – Formosocyathus (двустенная форма с перегородками, гребенчатыми днищами и сообщающимися каналами внутренней стенки); D – Pluralicyathus (двустенная форма с дополнительной пористой оболочкой).

С- И Sr-ХЕМОСТРАТИГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

С- и Sr-изотопная характеристика карбонатных пород и органических остатков является средством для корреляции и уточнения палеонтологического  возраста  [6, 15, 17, 18].  Для  С- и Sr-изотопного изучения было отобрано по семь образцов из стратотипов ульдзуйтуйского, сухореченского и хулудинского горизонтов олдындинской свиты и семь образцов из аиктинской свиты. Образцы представляли собой как археоциаты, так и вмещающие карбонатные породы. Содержания Са, Mg, Mn, Fе и Sr в образцах определены атомно-эмиссионным методом в РЦ МАСВ СПбГУ (Санкт-Петербург). Изотопный состав углерода и стронция в ИГГД РАН определен согласно описанным ранее методикам [5, 11, 12].

Все образцы сложены кальцитом (Mg 0.2–0.5%) с содержанием Sr от 200 до 430 мкг/г. Известняки ульдзуйтуйского горизонта показывают самые высокие концентрации Mn (270–1300 мкг/г) и Fе (240–5700 мкг/г). В известняках сухореченского и хулудинского горизонтов содержания Mn и Fе незначительно понижаются до 210–720 и 140–750 мкг/г соответственно. Минимальные содержания Mn (30–90 мкг/г) и Fе (150–410 мкг/г) отмечены в известняках аиктинской свиты. Обогащение Mn и Fе раннекембрийских карбонатных осадков и рифогенных построек отражает палеофациальную обстановки осадконакопления вблизи зоны активного вулканизма с максимумом в ульдзуйтуйское время. Постепенное понижение содержаний Mn и Fе в карбонатных осадках отражает затухание вулканогенной активности и открытость палеобассейна в сторону океана, что соответствует представлениям о формировании Удино-Витимской островодужной системы [3].

Отношение ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr в известняках ульдзуйтуйского горизонта равно 0.70838, сухореченского – 0.70842–0.70847, хулудинского – 0.70828–0.70836, а в аиктинской свите – 0.70866–0.70877 (рис. 3). Значения δ¹³C в известняках ульдзуйтуйского горизонта понижаются от 2.7 до 0.9‰ PDB, в сухореченском – повышаются до 1.7–2.0‰ PDB, а в хулудинском вновь понижается до 0.2–0.8‰ PDB. В аиктинской свите значение δ¹³C резко повышается от –2.4 до 0.2–0.5‰ PDB.

Полученные С- и Sr-изотопные данные указывают на хемостратиграфическую обособленность каждого из горизонтов, выделенных на основе палеонтологических наблюдений (рис. 4). Анализ величин δ¹³С и ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr в изученных известняках обнаруживает сходство с С- и Sr-изотопными вариациями в археоциатовых горизонтах атдабанского, ботомского и тойонского ярусов из типовых разрезов раннего кембрия Сибирской платформы [5, 15, 17]. Эти данные хорошо совпадают с биостратиграфией, построенной на основе выделения комплексов археоциат [14].

Рис. 4.

Изотопный состав Sr и С в карбонатных породах олдындинской (ульдзутуйский, сухореченский и хулудинский горизонты) и аиктинской (качинский горизонт) свит в сравнении с вариациями ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr и δ¹³С в венд-кембрийских карбонатных отложениях Сибирской платформы: I – юдомская серия, венд, Учуро-Майский регион [5, 11, 12, 18]; II – верхний венд, нижний и средний кембрий, среднее течение р. Лена [15], III – средний и верхний кембрий, р. Кулюмбэ [17]. Сокращения ярусов: Аm – амгинский, Т – тойонский, В – ботомский, Тm – томмотский, ND – немакит-далдынский.

ПАЛЕОГЕОГРАФИЯ И СОКРАЩЕНИЕ ТАКСОНОМИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ АРХЕОЦИАТ В РАННЕМ КЕМБРИИ

В конце докембрия сфомировались новые континенты и террейны, образовавшиеся при распаде фрагментов Родинии, что отразилось в значительном увеличении привноса радиогенного ⁸⁷Sr в океаны [5, 6]. В глобальном масштабе расцвету археоциат в томмотское время способствовала морская трансгрессия, где на обширных шельфовых пространствах бурно эволюционировали первые рифостроители. В пределах Сибирской платформы образовался теплый мелководный палеобассейн, в котором сформировалась органогенная полоса, ставшая центром развития археоциат [4, 7, 10, 16]. В начале атдабанского времени, в связи с распадом Палеопангеи и активным развитием Палеозиатского океана, на периферии Сибирской платформы возникла система островных дуг, куда мигрировали археоциаты. Так они проникли на террейны Алтае-Саянской складчатой области, а в начале атдабана на Тувинский террейн.

Комплексы археоциат Западного Забайкалья очень похожи на таковые Алтае-Саянской складчатой области (камешковский и санаштыкгольский комплексы), а также Монголии и Тувы [14]. Помимо этого, в известняках известны многочисленные крибрициаты [13], которые в изобилии встречаются в нижнекембрийских отложениях складчатых областей, в редких случаях, на Сибирской платформе [20], что подтверждает палеогеографическую и палеонтологическую общность бассейнов указанных регионов в раннем кембрии.

Этап значительного сокращения таксономического разнообразия археоциат в середине раннего кембрия известен в литературе как “ботомский кризис” [15]. В это время произошло радикальное уменьшение количества таксонов многих раннепалеозойских морских организмов [10, 19] и резкое понижение δ¹³C в океане раннего кембрия до –2‰ [15, 18]. Причиной этого события считается апвеллинг холодной воды, обедненной кислородом, в эпиконтинентальные бассейны, где доминировали теплолюбивые археоциатовые сообщества. Резкая смена палеоэкологических условий способствовала вымиранию узкоспециализированных таксонов археоциат и их полному исчезновению на значительной территории Сибирской платформы в конце раннего кембрия.

Проведенный нами количественный анализ археоциат в разрезах олдындинской и аиктинской свит указывает на связь с изменениями изотопного состава углерода (рис. 3). Максимальные значения δ¹³С (до +2.0‰) характерны для сухореченского горизонта олдындинской свиты, где количество видов археоциат достигает 50, что указывает на высокую биопродуктивность палеобассейна. В хулудинском горизонте, напротив, отмечается сокращение таксономического состава археоциат до 33 видов, и которому сопутствует понижение δ¹³С до 0.2‰. Время накопления этих известняков, по палеонтологическим и хемостратиграфическим данным, коррелируется со среднеботомским биотическим событием Сибирской платформы. В качинское время комплекс археоциат ограничивается 7 родами и 14 видами. Появление в разрезе рода Pluralicyathus и низкие значения δ¹³C (от –2.4 до +0.5‰) позволяют коррелировать отложения с трилобитовой зоной Anabaraspis splendens еланской свиты Сибирской платформы [4, 10].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изучение археоциат Удино-Витимской и Бирамьино-Янгудской структурно-фациальных зон вместе с ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr- и δ¹³C-хемостратиграфическими данными позволяют наиболее точно судить о времени осадконакопления нижнекембрийских карбонатов и коррелировать их со стратотипическими отложениями Сибирской платформы. Видовое разнообразие и морфологические особенности археоциат олдындинской и аиктинской свит позволяют судить об этапности их развития. Установленные палеофациальные особенности отложений и эволюционные изменения археоциат Саяно-Байкальской горной области совпадают с глобальной хронологией геодинамических, палеоэкологических и биогеохимических событий раннего кембрия.