COMPOSITION AND ORIGIN OF POSTGLACIAL BOTTOM SEDIMENTS FROM CENTRAL AND NORTHEASTERN PARTS OF THE BARENTS SEA (RUSSIAN SECTOR)

Abstract


The lighology of postglacial bottom sediments are studied in cores from central and north-eastern part of the Barents Sea (25 and 28 cruises of R/V “Academic Nikolai Strakhov” in 2007 and 2011 respectively). Petrographic and chemical composition of modern and late Quaternary sediments from the Fedynskii swell area and the southern rim of the Franz Josef Land were examined. The study revealed sources of clastic material and permitted to estimate their influence on the various stages of post glacial sedimentation. At the end of Late Pleistocene (the initial phase of the ice cover degradation) granitoid rocks of the Kola peninsula are considered to be the main source of clastics in the Fedynskii swell area, while volcanic-sedimentary strata that compose FJL governed sedimentation in the North- East. Sedimentation was accompanied by intense ice-rafting that resulted in mixing of clastics from both sources. Ate the Late Pleistocene to Holocene boundary and later in Holocene the main source of clastic material remained unchanged in the central part of the sea. In the North-East sedimentation was controlled by recycling of previously accumulated deposits. Ice-rafting had no significant values such as at early deglaciation phase. In the case of poor faunal characterization and/or the absence of radiocarbon data petrographic and geochemical study can be used for stratification of the Barents sea bottom sediments.

Многими исследователями признано, что одним из главных аспектов изучения современных и позднечетвертичных осадков Баренцева моря является рекон- струкция эволюции палеогеографических условий в связи с глобальными изме- нениями климата в период, последовавший за максимумом последнего оледене- ния [1; 2; 5; 6; 7; 9]. Следовательно, выявление питающих провинций, агентов транспортировки осадочного материала и изменения путей его переноса на ба- ренцевоморском шельфе в послеледниковую эпоху является весьма актуальной задачей.* Работа выполнена в рамках госзадания № 01201253182 и при финансовой поддержке РФФИ (Проект № 13-05-12076) и Президиума РАН (Программа I.32, подпрограмма 3.П).52Костылева В.В., Чамов Н.П., Ляпунов С.М. и др. Состав и происхождение послеледниковых...Фактический материал и методы изученияОсновой для петрографического и геохимического исследования послужили осадки, отобранные в следующих рейсах НИС «Академик Николай Страхов»: 25 (2007, руководитель А.В. Зайончек, Геологический институт РАН) и 28 (2011, руководитель - М.К. Иванов, Геологический институт РАН совместно с Геоло- гическим факультетом МГУ). В северо-восточной части Баренцева моря у юж- ного обрамления архипелага ЗФИ изучена колонка послеледниковых донных осадков в троге Нортбрук (станция 2516G). В центральной части Баренцева моря изучены колонки в пределах Центрального поднятия свода Федынского (станция 51G) и во впадине (станция 57G), разделяющей Центральное и Южное поднятия свода (рис. 1).Рис. 1. Расположение станций отбора изученных колонок 25 и 28 рейсовНИС «Академик Николай Страхов»: 1 - изобаты; 2 - станции отбора; 3 - граница РФСовременные донные осадки и верхняя часть позднечетвертичных осадков были подняты с борта судна при помощи грунтозаборных трубок. Для петрогра- фического исследования образцы отбирались через 5-15 см с учетом литологи- ческих особенностей керна, а для геохимического анализа отбор образцов про- изводился равномерно по разрезу через 2 или 4 см в зависимости от мощности и однородности слоя. Количественные петрографические исследования проводи- лось в прозрачных шлифах с помощью поляризационного микроскопа. При опре- делении состава породообразующих терригенных компонентов псаммитовой фракции использовалась классификационная диаграмма В.Д. Шутова (1972). Геохимические исследования проведены методом РФА для выявления распреде-53Вестник РУДН, серия Инженерные исследования, 2016, № 3ления в осадках петрогенных оксидов, процентные соотношения которых сви- детельствуют о петрофонде питающих провинций. При реконструкции состава пород источников кластогенного материала для донных осадков использована диаграмма K2O-Na2O-CaO Бхатия [8].Строение разрезаПо комплексу литологических, палеонтологических и изотопных радиоугле- родных данных в донных осадках Баренцева моря выделяются три горизонта, соответствующие основным этапам послеледникового осадконакопления [7; 10]. Нижний (III) и средний (II) горизонты соответствуют этапам ледниково-морской седиментации, происходившей во время деградации ледового покрова в на рубе- же позднего плейстоцена и голоцена. Верхний горизонт (I) соответствует голо- ценовому этапу нормальной морской седиментации. По данным радиоуглерод- ного датирования формирование осадков нижнего горизонта дегляциации про- изошло не позднее 13 тыс. лет назад, в конце позднего плейстоцена [3; 6]. Второй горизонт дегляциации соответствует завершающему этапу таяния льдов и выде- ляется как промежуточный между литологически выраженными нижним и верх- ним горизонтами. Возраст нижней границы верхнего горизонта составляет око- ло 10 тыс. лет по радиоуглеродной шкале [6; 9]. По данным этих авторов, после- ледниковые осадки обычно залегают на ледниковых отложениях, представленных моренными галечными суглинками (диамиктоном).Рис. 2. Разрезы послеледниковых донных осадков Баренцева моря:1 - ил светло-серый пелитовый и алевритово-пелитовый; 2 - ил светло-серый и оливково-серый псаммитово-алевритово-пелитовый, часто горизонтально слоистый; 3 - ил темно-серый псаммитово-алевритово-пелитовый; 4 - обломки псефитовой размерности;5 - трубки полихет; 6 - гидротроилит; 7 - горизонты; 8 - глубина моря в месте отбора54Костылева В.В., Чамов Н.П., Ляпунов С.М. и др. Состав и происхождение послеледниковых...Разрезы донных осадков в исследованных колонках, отобранных во впадине, разделяющей Центральное и Южное поднятия свода Федынского и в троге Норт- брук, также имеют трехчленное строение (2516G, 57G) и представлены бескар- бонатными илами с примесью псаммитового (3-40%) и псефитового (до 10%) материала. В разрезе колонки 51G, отобранной на Центральном поднятии свода Федынского, выделены только верхний и средний горизонты (рис. 2).Краткое описание осадков приводится снизу вверх по разрезу.Нижний (III) горизонт сложен темно-серыми несортированными псаммитово- алевритово-пелитовыми уплотненными илами, неравномерно насыщенными обломками псефитовой размерности (от гравийной до галечной). В колонке 2516G среди несортированных осадков наблюдаются маломощные (до 10 см) прослои средне сортированных алевритовых илов. Контакт осадков нижнего горизонта с вышележащими илами четкий, неровный. Видимая мощность осадков в пределах трога Нортбрук (станция 2516G) составляет 163 см, а во впадине между Централь- ным и Южным поднятиями свода Федынского - 88 см (станция 57G).Средний (II) горизонт представлен пластичными пелитовыми, алевритово-пе- литовыми и псаммитово-алевритово-пелитовыми неясно слоистыми или тонко- горизонтальнослоистыми илами серого, светло-серого и оливкового цвета с тон- кими прослойками песка глинистого. В основной массе осадков неравномерно рассеяны редкие обломки гравийной и галечной размерности. Верхний контакт четкий, слабоэрозионный. Мощность осадков изменчива. В северо-восточной части шельфа в пределах трога Нортбрук мощность горизонта составляет 166 см (станция 2516G). В районе Центрального поднятия свода Федынского видимая мощность достигает 92 см (станции 51G), а во впадине, разделяющей Централь- ное и Южное поднятия свода, сокращается до 12 см (станции 57G).Верхний (I) горизонт сложен светло-серыми пелитовыми или алевритово-пе- литовыми в кровле сильно обводненными илами с примесью материала псамми- товой размерности. Изредка наблюдаются обломки псефитовой (от мелкогра- вийной до крупногравийной) размерности. Характерны тонкие прослои, при- мазки и гнезда гидротроилита, трубки полихет и мелкие биотурбационные текстуры. Мощность горизонта незначительно колеблется от 21 до 12 см.Фаунистические находки в изученных колонках весьма редки и неинформа- тивны [7]. По этой причине данные о вещественном составе осадков являются весьма важными для понимания эволюции седиментогенеза на баренцевоморском шельфе в послеледниковую эпоху [4].Петрографическая и геохимическая характеристика осадковОсадки в изученных шлифах представлены алевритово-пелитовыми илами с различным количеством обломков псаммитовой и мелкопсефитовой размерно- сти. По визуальной оценке, количество псаммитового материала колеблется от 3 до 35%, редко увеличиваясь до 50% в осадках III горизонта в районе свода Фе- дынского. Обломочный материал плохо сортированный, редко среднесортиро- ванный. Окатанность кристаллокластов и обломков пород различная: хорошая, средняя и плохая, наблюдаются также неокатанные зерна. Микротекстура бес-55Вестник РУДН, серия Инженерные исследования, 2016, № 3порядочная или градационная (в тонкослоистых осадках II горизонта). Степень зрелости песчаного материала постепенно увеличивается снизу вверх по разрезу.В районе свода Федынского (колонка 57G) в осадках нижнего горизонта (III) песчаный материал имеет аркозовый состав, в единичных образцах мезомиктовый кварцевый (рис. 3, а). Количество обломочного кварца (60-65%) и полевых шпа- тов (25-30%) высокое. Обломки пород находятся в подчиненном количестве (5-10%, редко до 15%).Рис. 3. Петрографический и геохимический состав донных осадков нижнего горизонта (III):а - расположения фигуративных точек составов песчаной фракции; б - расположение фигуративных точек составов осадков на диаграмме K2O-Na2O-CaO; 1 - трог Нортбрук (колонка 2516G);2 - впадина между Центральным и Южным поднятием свода Федынского (колонка 57G); 3 - Центральное поднятие свода Федынского (колонка 51G); Q - кварц, - обломки пород; F - полевые шпаты; A - андезиты; D - дациты; Gr - гранодиориты; G - граниты; R - рециклинговые осадкиПолевые шпаты представлены как плагиоклазами, так и калиевыми разновид- ностями (КПШ). Среди обломков пород песчаной и гравийной размерности пре- обладают углистые аргиллиты и алевролиты, реже встречаются мелкозернистые песчаники, перекристаллизованные кислые эффузивы и хлоритизированные ги- алокласты основного состава. Наблюдаются также обломки гранитоидов в виде полевошпатово-кварцевых микросростков. Судя по составу породообразующих компонентов, главным источником псаммитового и псефитового материала на раннем этапе ледниково-морской седиментации для центральной части Барен- цева моря в районе свода Федынского служили породы гранитоидного состава. Это подтверждается геохимическими данными. На диаграмме М.Р. Бхатия фи- гуративные точки составов осадков располагаются в поле гранитов (рис. 3, б). Присутствие в илах примеси грауваккового материала (обломков осадочных и вулканогенных пород) не отразилось на их геохимической характеристике.В троге Нортбрук (колонка 2516G) в осадках нижнего (III) горизонта песчаный материал имеет мезомиктовый кварцевый, а в отдельных образцах смешанный граувакково-аркозовый состав (рис. 3, а). Количество кристаллокластов кварца (52-68%) и обломков пород (13-22%) довольно высокое. Содержание полевых шпатов сравнительно низкое (14-19%), только в отдельных образцах повышен- ное до 26%. Полевые шпаты представлены плагиоклазами, редко микроклином. Состав обломков пород в целом аналогичен таковому в осадках нижнего гори-56Костылева В.В., Чамов Н.П., Ляпунов С.М. и др. Состав и происхождение послеледниковых...зонта свода Федынского. Преобладают углистые алевролиты и аргиллиты, реже мелкозернистые песчаники, перекристаллизованные кислые эффузивы с релик- тами микрофельзитовой структуры и хлоритизированные гиалокласты основно- го состава. Кроме этого, часто встречаются обломки измененных базальтов, тон- козернистых карбонатных пород и гранитоидов мелкопсефитовой размерности. Таким образом, для северо-восточной части моря в районе трога Нортбрук, судя по составу и количеству обломков пород в осадках, накопление осадочного ма- териала осуществлялось как вследствие переотложения диамиктона или дочет- вертичных вулканогенно-осадочных толщь, так и за счет пород гранитоидного состава. Действительно, на диаграмме М.Р. Бхатия фигуративные точки составов осадков группируются между полем рециклинговых пород и полями гранитоидов, тяготея к последним.В донных осадках среднего горизонта (II) района свода Федынского (колонки 51G, 57G) песчаный материал имеет вещественно более зрелый состав, чем в подстилающем горизонте: полевошпатово-кварцевый, реже аркозовый (рис. 4, а).Рис. 4. Петрографический и геохимический состав донных осадков среднего горизонта (II): а - расположения фигуративных точек составов песчаной фракции; б - расположение фигуративных точек составов осадков на диаграмме K2O-Na2O-CaO.Условные обозначения см. рис. 3.Количество обломочного кварца в целом увеличивается (63-84%), а полевых шпатов (15-27%, плагиоклазов, КПШ) и обломков пород (1-10%), представ- ленных той же ассоциацией, что и в подстилающем горизонте, незначительно снижается. На геохимической диаграмме K2O-Na2O-CaO фигуративные точки составов осадков так же, как для нижележащего слоя, сконцентрированы в поле гранитов (см. рис. 4, б). Следовательно, на позднем этапе дегляциации, как и на раннем, для центральной части баренцевоморского шельфа главным источником осадочного вещества являлись гранитоидные породы. Более высокая степень зрелости песчаного материала, вероятно, связана с постепенным внутрибассей- новым вызреванием кластики.В троге Нортбрук в осадках среднего (II) горизонта состав песчаной фракции практически аналогичен таковому в осадках нижнего горизонта и имеет мезо- миктовый, изредка граувакково-аркозовый состав (см. рис. 4, а). Количество кла- стогенного кварца по-прежнему довольно высокое (52-64%), а содержание по-57Вестник РУДН, серия Инженерные исследования, 2016, № 3левых шпатов (плагиоклазов, изредка КПШ) слабо увеличивается (19-32%). Количество обломков пород псаммитовой и мелкопсефитовой размерности не- закономерно колеблется в разрезе (10-24%). При этом встречаемость обломков вулканитов, карбонатов и гранитоидных пород в верхних частях горизонта умень- шается. Не смотря на петрографическую схожесть породообразующих компо- нентов песчаной фракции в осадках нижнего и среднего горизонтов, на диаграм- ме М.Р. Бхатия фигуративные точки составов осадков среднего горизонта сосре- доточены в поле рециклинговых пород. По-видимому, в северо-восточной части Баренцева моря на позднем этапе дегляциации накопление осадков происходи- ло исключительно за счет переотложения древних вулканогенно-осадочных толщ, диамиктона и отложений нижнего горизонта.В современных донных осадках верхнего горизонта (I) как в районе свода Фе- дынского, так и в троге Нортбрук песчаный материал во всех изученных образцах имеет полевошпатово-кварцевый состав (рис. 5, а).Рис. 5. Петрографический и геохимический состав донных осадков верхнего горизонта (I): а - расположения фигуративных точек составов песчаной фракции; б - расположение фигуративных точек составов осадков на диаграмме K2O-Na2O-CaO.Условные обозначения см. рис. 3.В илах колонки 2516G содержание зерен кварца высокое (66-71%), а полевых шпатов (22-23%, в основном плагиоклазов) и обломков пород (7-12%) сниже- но. В осадках колонок 57G, 57G количество кластогенного кварца более высокое (72-85%), а полевых шпатов (14-22%, плагиоклазов, КПШ) и обломков пород (1-6%) в целом более низкое, чем в подстилающем горизонте. Обломки пород представлены углистыми алевролитами и аргиллитами, редко, в колонке 2516, хлоритизированными гиалокластами.Геохимическая характеристика голоценовых илов идентична таковой в под- стилающем горизонте (рис. 5, б). В районе свода Федынского фигуративные точ- ки составов осадков сконцентрированы в поле гранитов, а в троге Нортбрук - в поле рециклинговых пород. Таким образом, на современном этапе осадконако- пления источники осадочного вещества остались неизменными с начала позд- него этапа дегляциации. Общее увеличение степени зрелости песчаного матери- ала в голоценовых илах связано с разрушением нестойких кластогенных компонентов в условиях нормально-морской седиментации.58Костылева В.В., Чамов Н.П., Ляпунов С.М. и др. Состав и происхождение послеледниковых...Обсуждение результатовИсходя из полученных данных по петрографическому и геохимическому со- ставу донных осадков, можно сделать предположение о генезисе и доминирующем влиянии тех или иных источников обломочного материала на различных этапах послеледниковой истории изученной части Баренцева моря.Судя по петрографическому составу породообразующих кластогенных ком- понентов псаммитовой фракции и соотношениям петрогенных оксидов K, Na, и Ca в осадках, главным источником обломочного материала для района свода Федынского на протяжении всего послеледникового времени служили гранито- идные породы. Очевидно, что в глинистые осадки центральной части Баренцева моря основная масса псаммитового материала поступала с побережья Кольского полуострова. Присутствие в илах двух нижних горизонтов некоторого количества обломков осадочных (в основном углистых песчаников, алевролитов и аргилли- тов) и вулканогенных пород свидетельствует о незначительном смешивании за счет ледового разноса гранитоидного и грауваккового материала с архипелага ЗФИ на раннем этапе деградации ледника и в начале позднего этапа дегляциации.Для северо-восточной части моря в районе трога Нортбрук на раннем этапе ледниково-морской седиментации формирование осадков также осуществлялось за счет нескольких источников. Основная часть материала поступала в результа- те переотложения вулканогенно-осадочных мезозойских пород, слагающих скаль- ные выходы ЗФИ, или окружающих архипелаг маренных отложений (диамикто- на) сходного состава. Значительное количество обломочного материала, судя по геохимическим данным и присутствию в осадках неокатанных обломков грани- тоидов, также поступало с Кольского полуострова за счет дальнего ледового раз- носа. Не исключено, что присутствие в илах нижнего горизонта литокластов кар- бонатных пород является следствием абразии айсбергами карбонатных массивов палеозойского возраста, выступающих на морском дне северо-западнее и юго- восточнее ЗФИ [2]. На позднем этапе деградации ледового покрова, несмотря на петрографическое сходство и количественные взаимоотношения породообразу- ющих кластогенных компонентов псаммитовой фракции, осадки формировались главным образом за счет рециклинга более древних осадочных толщ, в том числе и осадков нижнего горизонта дегляциации. По-видимому, на северо-востоке Ба- ренцева моря на позднем этапе таяния ледника осадконакопление контролиро- валось в основном бассейновыми процессами, а дальний ледовый разнос не имел столь существенного значения, как на раннем этапе дегляциации. Формирование голоценовых осадков, исходя из идентичности их геохимического состава под- стилающим илам среднего горизонта, также происходило за счет размыва и пере- отложения ранее накопленных осадков.Увеличение степени зрелости песчаного материала и усреднение его петрогра- фического состава в голоценовых илах, как в центральной, так и в северо-вос- точной части Баренцева моря связано с внутрибассейновым вызреванием кла- стики в условиях нормально-морской седиментации, при незначительной роли ледового разноса.59Вестник РУДН, серия Инженерные исследования, 2016, № 3ВыводыВ позднем плейстоцене на раннем этапе ледниково-морской седиментации источником обломочного псаммитового и псефитового материала для централь- ной части Баренцева моря в районе свода Федынского служили в основном гра- нитоидные породы Кольского полуострова. На северо-восточной периферии моря накопление обломочного материала осуществлялось как в следствие переотло- жения диамиктона или дочетвертичных вулканогенно-осадочных мезозойских толщь ЗФИ, так и за счет гранитоидов Кольского полуострова. Смешивание ма- териала из различных источников происходило за счет интенсивного ледового разноса.На рубеже позднего плейстоцена и голоцена и в голоцене для центральной части шельфа источник обломочного вещества оставался неизменным. В северо- восточной части Баренцева моря в это время осадки формировались за счет ре- циклинга более древних осадочных толщ, в том числе и осадков нижнего гори- зонта дегляциации. Происходило постепенное внутрибассейновое вызревание кластики и усреднение ее состава. Ледовый разнос не имел столь существенного значения, как на раннем этапе дегляциации.Петрографические и геохимические данные о перераспределении обломоч- ного вещества в послеледниковых донных осадках центральной и северо-вос- точной части Баренцева моря могут быть использованы для расчленения разрезов в случае их плохой фаунистической охарактеризованности и при отсутствии ра- диоуглеродных датировок.

V V Kostyleva

Geological Institute of RAS

Pyzhevsky lane, 7, Moscow, Russia, 110017

N P Chamov

Geological Institute of RAS

Pyzhevsky lane, 7, Moscow, Russia, 110017

S M Lyapunov

Geological Institute of RAS

Pyzhevsky lane, 7, Moscow, Russia, 110017

S Yu Sokolov

Geological Institute of RAS

Pyzhevsky lane, 7, Moscow, Russia, 110017

A E Kotelnikov

Peoples’ Friendship University of Russia

Miklukho-Maklaya str., 6, Moscow, Russia, 117198

Views

Abstract - 134

PDF (Russian) - 33


Copyright (c) 2016 Костылева В.В., Чамов Н.П., Ляпунов С.М., Соколов С.Ю., Котельников А.Е.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.