Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2023, T. 513, № 1, стр. 33-38

Детальные записи величины δ¹³С_оrg.содержат важную информацию о геохимических условиях осадконакопления и широко используются для целей хемостратиграфии, в том числе для выявления крупных отрицательных экскурсов δ¹³С_оrg.. Ряд из таких записей был получен нами ранее для верхнепермских и нижней части триасовых отложений запада Балыгычанского блока. Это позволило, с учетом данных U–Pb-определения возраста цирконов, установить примерное положение вучапинско-чансинской и пермо-триасовой границ ([1] и др.).

В данной работе мы приводим первую детальную запись величины δ¹³С_оrg. в пермских аргиллитах тыловодужного Тасканского бассейна, охватывающую интервал от верхов кунгурского, роудский, вордский, кепитенский и низы вучапинского яруса. Таким образом, мы практически смыкаем ранее полученную запись этой величины из верхней перми Балыгычанского блока и приведенную здесь, получив в итоге первую композитную региональную кривую δ¹³С_оrg. для верхов нижней, всей средней и почти всей верхней перми Северо-Востока Азии.

В основу данной публикации положены результаты анализа 95 образцов аргиллитов, отобранных с интервалом 1.8–2.3 м из разреза пермских отложений Тасканского бассейна, расположенного в пределах Омулёвского кратонного блока (рис. 1). В перми этот блок находился в тыловой части системы задуговых бассейнов, связанных с Охотско-Тайгоносской (Кони-Тайгоносской) вулканической дугой [2] и характеризовался преимущественно относительно мелководными условиями осадконакопления. Рассматриваемый разрез был изучен нами еще в 2005 г. [3] и представлен относительно маломощными (общая мощность изученного разреза около 600 м) глинистыми, в средней его части – глинисто-карбонатными породами кипрейской, туринской и рогачевской свит (рис. 2), охватывающими верхи нижней–верхнюю пермь (за исключением ее верхов). Глинистые породы в той или иной степени рассланцованы. Содержание органического углерода в изученных образцах варьирует от 0.16 до 1% и почти не коррелирует с δ¹³ С_оrg., что свидетельствует о незначительном постседиментационном воздействии на эту величину, которая, таким образом, близка к первоначальным значениям и может использоваться для стратиграфической корреляции (см., например, [4]). Возраст отложений установлен на основании определений остатков двустворчатых моллюсков и брахиопод, сделанных А.С. Бяковым и В.Г. Ганелиным (ГИН РАН).

Рис. 1.

Положение изученного разреза на тектонической схеме Северо-Востока Азии. 1 – кратоны и кратонные террейны (массивы); 2 – погруженные окраины кратонов и кратонных террейнов; 3 – террейны малых океанических бассейнов, задуговых бассейнов и краевых морей; 4 – островодужные террейны и террейны аккреционных призм; 5 – океанические террейны; 6 – границы тектонических элементов; 7 – положение изученного разреза. АЮ – Аян-Юряхский антиклинорий, ББ – Балыгычанский блок; ВСНП – Верхоянский складчато-надвиговый пояс, ГЗ – Гижигинская складчатая зона; ИД – Иньяли-Дебинский синклинорий, ОБ – Омулёвский блок; ОХ – Охотский массив; ПБ – Приколымский блок; СЗ – Сугойская складчатая зона. На врезке: Палеогеография Северо-Востока Азии и основные седиментационные бассейны в перми (кепитенский век) (по [2]): 1 – высокая суша: 2 – низкая суша, 3 – мелкое море, 4 – глубокое море, 5 – вулканические дуги (АОВД – Алазейско-Олойская; ОТВД – Охотско-Тайгоносская), 6 – зоны субдукции, 7 – границы основных тектонических структур; 8 – границы седиментационных бассейнов; 9 – палеоширота, 10 – положение изученного разреза. Седиментационные бассейны: А-Ю – Аян-Юряхский, Б – Балыгычанский, В – Верхоянский, О – Омулёвский; Ом – Омолонский; Ох – Охотский; Пр – Приколымский, Т – Тасканский.

Рис. 2.

Корреляция вариаций TOC, величины δ¹³ С_оrg. в пермских аргиллитах Тасканского бассейна с событиями вымираний двустворчатых моллюсков на Северо-Востоке Азии. Условные обозначения: 1 – аргиллиты; 2 – известняки; 3 – карбонатные турбидиты (переслаивание аргиллитов и известняков); 4 – строматолиты (?); 5 – остатки ископаемой фауны; 6 – конкреции. Сокращения: МСШ – Международная стратиграфическая шкала, Нек. – некучанский региональный горизонт, РСШ – Региональная стратиграфическая шкала. Розовым цветом показаны зональные интервалы событий вымирания, желто-зеленым – общее количество видов двустворок в той или иной зоне, светло-зеленым цветом – количество вновь появившихся видов двустворок, красным цветом – количество вымерших видов двустворок. Справа для сравнения приведен сводный график вариации величины δ¹³ С_carb. в перми (по Cramer B.D., Jarvis I. Carbon Isotope Stratigraphy // The Geologic Time Scale / Eds F.M. Gradstein, J.G. Ogg, M.D. Schmitz, G.M. Ogg. Boston, USA: Elsevier, 2020. V. 1. Ch. 11. P. 309–344).

Определения значений δ¹³С_оrg. были выполнены в Аналитическом центре Казанского федерального университета на масс-спектрометре Delta V Plus с приставкой Flash HT в режиме постоянного потока. Для проведения анализа из образца удалялась карбонатная составляющая; для этого бралась навеска массой 500 мг, к которой добавлялось 10 мл 10% HCl. Далее проводилось выпаривание при температуре 55°C до получения сухого остатка. После этого навеска массой примерно 2 мг помещалась в оловянный тигель, который сбрасывался в продуваемый гелием кварцевый реактор, находящийся при температуре 1020˚C и заполненный оксидом хрома и медной проволокой. В результате получившийся углекислый газ с помощью потока гелия переносился в масс-спектрометр, предварительно проходя через осушитель и специальную хроматографическую колонку при температуре 45°C. Для кон-троля в серии образцов снимались стандарты МАГАТЭ: USGS-40 и IAEA-CH-7. Измерения регулярно сравнивались со стандартами V-PDB с точностью выше, чем 0.1‰ при доверительном интервале 95%.

Величина δ¹³ С_оrg. в изученном разрезе варьирует в пределах от –23.81‰ (нижняя часть разреза, кипрейская свита) до –26.97‰ (средняя часть разреза, низы рогачевской свиты). Отчетливо выделяются два отрицательных экскурса величины δ¹³ С_оrg. – в верхах кунгурского яруса нижней перми (бивальвиевая зона Aphanaia korkodonika) и низах кепитенского яруса (низы бивальвиевой зоны Maitaia bella), где значения δ¹³ С_оrg. падают на 2–2.5‰ по сравнению с нижележащими слоями, до –26.5…–27‰. Третий отрицательный экскурс выражен менее отчетливо (минимальные значения δ¹³ С_оrg. составляют около –26‰ на фоне –24.5…–25‰ из нижележащих слоев) и фиксируется примерно на границе кепитенского–вучапинского ярусов (граница бивальвиевых зон Maitaia belliformis – Maitaia tenkensis).

Как известно, крупные отрицательные экскурсы величины δ¹³С_оrg. служат индикаторами неблагоприятных событий изменения окружающей среды и связываются с поступлением в атмосферу и мировой океан метана и углекислого газа, приводящих к широкому развитию аноксидных обстановок и черносланцевой седиментации. Источником углекислого газа, скорее всего, были проявления вулканизма различной геодинамической природы, поступление метана обычно связывается с разрушением газовых гидратов ([5–7] и др.).

При этом традиционно считается, что основной причиной пермского вулканизма, влиявшей на вымирание биоты, является плюмовая деятельность, связанная с крупными магматическими провинциями (LIPs) – Таримской, Эмейшаньской и Сибирской [8]. Однако в последнее время появляется все больше данных и о существенном вкладе в воздействие на окружающую среду островодужного вулканизма (т.н. SLIPs) [9], в частности, в перми – провинций Кеннеди-Коннорс-Оберн (северо-восток Австралии) и Чойой (Южная Америка) [10], а также Южнокитайской [11]. В нашем случае, скорее всего, также основное влияние на вымирание биоты оказала система вулканических дуг, обрамлявших Северо-Азиатский континент в пермское время.

Выявленные отрицательные экскурсы δ¹³С_оrg. очень хорошо коррелируют с эпизодами позднекунгурского, раннекепитенского и ранневучапинского вымираний, установленными нами ранее [12]; позднечансинское событие в рассматриваемом разрезе не зафиксировано из-за местного перерыва в осадконакоплении в конце перми–начале триаса. Почти повсеместно на Северо-Востоке Азии эти события вымирания ассоциируются с черносланцевой седиментацией и крупными регрессивными эпизодами. Это позволяет предполагать широкое развитие аноксических и эвксинных обстановок, связанных с сероводородным заражением. Последнее косвенно подтверждается тем, что немногочисленные остатки бентоса этого времени известны исключительно из очень мелководных разрезов, не затронутых аноксией.

Первый (позднекунгурский) отрицательный экскурс прослеживается в ряде разрезов Южного Китая [13] и может быть связан как с влиянием Таримского плюма, выразившимся, в частности, в проявлении базальтоидного вулканизма, проявившегося в Алазейско-Олойской зоне и на восточном обрамлении Омолонского массива [14]. Однако, более вероятно, он связан с активизацией среднего и кислого островодужного вулканизма в Охотском сегменте Охотско-Тайгоносской (Кони-Тайгоносской) вулканической дуги. Последнее доказывается результатами датирования нескольких образцов детритовых цирконов, в которых присутствует популяция с возрастом около 278–280 млн лет. ([15, 16] и неопубликованные авторские данные).

Аналогов второго (раннекепитенского) экскурса не удалось обнаружить нигде в мире, поэтому очевидно, что он имеет, скорее всего, региональный характер. Его главной причиной, по нашему мнению, является усиление активности Охотско-Тайгоносской (Кони-Тайгоносской) вулканической дуги. В это время на больших пространствах Северо-Востока Азии накапливались диамиктиты – своеобразные породы, являющиеся продуктом разрушения этой дуги, и многочисленные прослои синхронных осадконакоплению туфов среднего и кислого состава. В последнее время получены U–Pb SHRIMP-II и CA ID-TIMS датировки матрикса вулканогенных диамиктитов и прослоев туфов и туффитов: от 266 ± 2 и 265 ± 3 до 262.45 ± 0.2 млн. лет [16, 17].

Третий (кепитенско-вучапинский) отрицательный экскурс величины δ¹³С_оrg. распознается в ряде разрезов мира, в частности, в Южном Китае [18] и на Шпицбергене [19] и, очевидно, связан с гваделупско-лопинским вымиранием, основной причиной которого считается Эмейшаньский плюмовый вулканизм. Однако нельзя исключить и существенный региональный вклад в это событие вследствие очередного эпизода активизации Охотско-Тайгоносской вулканической дуги. Последнее подтверждается LAM ICP-MS, SHRIMP-II и CA ID-TIMS датировками многочисленных кислых и средних туфов и туфогенных диамиктитов возрастом около 260 млн. лет [15, 20].

Таким образом, получена первая композитная кривая изменения величины δ¹³ С_оrg. практически на большую часть пермского времени для Северо-Востока Азии. Выявлено три региональных отрицательных экскурса, которые, вероятнее всего, связаны с периодами активности островодужного магматизма в регионе в течение перми.