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

Full Text

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.

About the authors

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

References

Supplementary files