The study of volcanic-sedimentary rocks of the Dzykhra sequence within the Abkhazian zone of the Gagra-Java uplift, Northwestern Caucasus

Elena V. Karelina; Карелина Елена Викторовна; Ivan S. Motuzov; Мотузов Иван Сергеевич; Vladimir E. Markov; Марков Владимир Евгеньевич; Yuri N. Panasenko; Панасенко Юрий Николаевич; Natalya V. Zhorzh; Жорж Наталья Владимировна; Olga V. Nosaeva; Носаева Ольга Вячеславовна

doi:10.22363/2312-8143-2022-23-4-343-354

The study of volcanic-sedimentary rocks of the Dzykhra sequence within the Abkhazian zone of the Gagra-Java uplift, Northwestern Caucasus

Authors: Karelina E.V.¹, Motuzov I.S.¹, Markov V.E.¹, Panasenko Y.N.², Zhorzh N.V.¹, Nosaeva O.V.¹
Affiliations:
1. Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University)
2. Central Geological Research Institute for Nonferrous and Precious Metals
Issue: Vol 23, No 4 (2022)
Pages: 343-354
Section: Articles
URL: https://journals.rudn.ru/engineering-researches/article/view/33696
DOI: https://doi.org/10.22363/2312-8143-2022-23-4-343-354
ID: 33696

Cite item

Full Text

Abstract
Full Text
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

The authors discuss the results of studying the composition of the volcanogenic-sedimentary rocks of the Dzykhra sequence, which come to the surface in the upper reaches of the river Bolshaya Khosta (Khostinsky district, Krasnodar territory). In the rocks of the Cretaceous age of the Akhun series, composed of limestones of the Dzykhra sequence and the Kazachy Brod suite, an outcrop of clastic rocks was found. The structure and mineral composition of the rock sample, as well as its chemical composition according to X-ray fluorescence analysis, were studied in detail. In the sequence, two layers are distinguished: the lower (3 m) cream-brown and the upper (0.05 m) green. Macroscopically, it is a lenticular-layered, fine-grained, lithocrystal-clastic, polymictic sandstone with carbonate cement. The sequence is underlain by interbedded dark gray limestones and black siltstones of the Lower Cretaceous Agur Formation, and overlain by cream limestones with interlayers of brown cherts of the Upper Cretaceous Kazachy Brod Formation. The data of microscopic studies, as well as X-ray fluorescence analysis, made it possible to establish the following minerals in the composition of sandstones: quartz, potassium-feldspar and plagioclase, less often amphibole, as well as a large amount of carbonate matter, and to conclude that in composition they correspond to tuffs of medium composition (andesite-dacite).

Keywords

upper Cretaceous, Khosta district, White Rocks Canyon, Tuapse trough

Full Text

Введение Цели исследования - уточнение геологического строения дзыхринской толщи и актуализация стратиграфического разреза юрских отложений. Объект изучения находится в Хостинском районе Краснодарского края. В геоморфологическом и тектоническом отношении район исследований расположен в пределах размытой части ядра Галицинской (Ахштырской) антиклинали (рис. 1). В геологическом строении района принимают участие карбонатно-терригенные породы позднемелового и палеогенового возраста. Породы мелового возраста слагают преимущественно ядра антиклиналей (рис. 2). В основании разреза породы, относящиеся к ахунской серии (K1-2ag+dz), объединяющей агурскую свиту и дзыхринскую толщу. Агурская свита представлена переслаиванием серых микрозернистых и черных пелитоморфных известняков видимой мощностью более 80 м. Венчает разрез дзыхринская толща, сложенная туфопесчаниками коричневого и зеленого цветов (мощностью 1,5-50 м), на которых, в свою очередь, согласно залегают известняки казачебродской свиты (K2kzb), слоистые, содержащие горизонты с кремнями. Известняки трансгрессивно перекрываются мергелями палеогенового возраста. Исследуемый район выхода на дневную поверхность отложений верхнего мела уже фиксировался предыдущими исследованиями [1; 2], однако в материалах данных работ отсутствует единое мнение по вопросу обособления дзыхринской толщи от вышеи нижележащих пород. В более ранних работах она завершает разрез объединенной ахунской серии, позже ее поместили в подошву. Так, согласно объяснительной записке к геологической карте Лист К-37 (Сочи), К-38 (Махачкала), К-39 М 1:1 000 000 (третье поколение, 2011 г.) [2], ахунская серия (K2ah) объединяет дзыхринскую толщу и казачебродскую свиту. Возраст ахунской серии сеноман-маастрихтский, подтвержден находками фауны. Казачебродская свита согласно залегает на дзыхринской толще. Общая мощность серии 240-350 м. Изображение выглядит как карта Автоматически созданное описание Рис. 1. Схема Галицинского (Ахштырского) и Ахунского антиклинальных хребтов в Адлерском морфоструктурном подрайоне [3] (rрасным квадратом обозначен район исследований) Figure 1. Scheme of the Galicinsky (Akhshtyrsky) and Akhunsky anticline ridges in the Adler morphostructural subarea [3] (the area of study is marked with a red square) Рис. 2. Геологическая карта М 1: 200 000 [4]: K1-2ag+dz - Агурская свита пестроцветная карбонатная и дзыхринская толща объединенные: известняки, мергели пестроцветные, туфопесчаники (до 230 м); K2kzb - Казачебродская свита: известники слоистые с включениями кремней, в подошве пестроцветные известняки с прослоями мергелей - 30-35 м, в кровле известняки светлые без кремней - 80-115 м (210-300 м) Figure 2. Geological map M 1: 200,000 [4]: K1-2ag+dz - Agur suite is a variegated carbonate and the Dzykhra sequence combined: limestones, variegated marls, tuff sandstones (up to 230 m); K2kzb - Kazachy Brod suite: layered limestone with chert inclusions, at the bottom, variegated limestones with interlayers of marls - 30-35 m, at the top, light limestones without flints - 80-115 m (210-300 m) В то же время из объяснительной записки к геологической карте Лист К-37 (Сочи), К-38 (Махачкала), К-39 М 1: 200 000 (второе поколение, 2000 г.) [4] следует, что в ахунскую серию объединены агурская свита и дзыхринская толщи (K1-2ag+dz), причем агурская свита находится в основании разреза, а дзыхринская толща венчает объединенный разрез. Возраст объединенной толщи баррем-сеноманский (также подтвержден фауной). Казачебродская свита (K2kzb) согласно залегает на туфопесчаниках дзыхринской толщи и трансгрессивно перекрывается мергелями ахштырской свиты раннего палеозоя. 1. Материалы и методы В ходе проведения геологической практики для студентов Российского университета дружбы народов летом 2020 г. на одном из маршрутов, примерно в 6 км на северо-восток от г. Хоста (рис. 4), в районе каньона Белые Скалы (Хостинский район, Краснодарский край) среди толщи меловых известняков в точке наблюдения 35 обнаружен выход пород зеленовато-серого цвета, представленных песчаниками (рис. 3, 4). Изображение выглядит как текст, гора, знак Автоматически созданное описание Рис. 3. Вид на Ахунскую и Галицинскую (Ахштырскую) антиклинали: красная стрелка указывает на местоположение каньона Белые Скалы Источник: www.maps.google.com Figure 3. View of the Akhunskaya and Golitsynskaya (Akhshtyrskaya) anticlines: the red arrow indicates the location of the White Rocks Canyon Source: www.maps.google.com Обзорная карта Рис. 4. Обзорная карта месторасположения района исследований: красный квадрат - точка выхода пород дзыхринской толщи (основа - геологическая карта России М 1: 200 000) Figure 4. Overview map of the location of the study area: the red square is the outcrop point of the rocks of the Dzykhra sequence (based on the geological map of Russia M 1: 200,000) Рис. 5. Обнажение песчаников дзыхринской толщи (слева) и стратиграфическая колонка (составлено Е.В. Карелиной, 2021) Figure 5. Sandstone outcrop of the Dzykhra sequence (left) and stratigraphic column (compiled by Elena V. Karelina, 2021) Макроскопически в составе толщи песчаников выделяются два слоя - кремово-коричневый (мощностью 3 м) и зеленый, мощностью 5 см (рис. 5). Песчаники линзовидно-слоистые, мелкозернистые, полимиктовые, рыхлые, с карбонатным цементом. По своим характеристикам породы относятся к дзыхринской толщи. Подстилающими породами являются переслаивающиеся темно-серые органогенные известняки и черные алевролиты агурской свиты нижнего мела. Перекрывают песчаники кремовые известняки с прослоями коричневых кремней казачебродской свиты верхнего мела. Для выяснения особенностей их состава были отобраны и изучены образцы пород, из которых изготовлено пять шлифов для минералогического и литолого-петрографического анализа в лабораторных условиях. Также из образца данной горной породы отобрано шесть проб, по которым выполнен рентгенофлуорисцентный анализ. Микроскопический анализ туфопесчаников дзыхринской толщи При изучении шлифов из отобранных образцов выяснено, что породы вулканогенно-осадочной дзыхринской толщи представляют собой литокристаллокластический туф среднего состава (рис. 6-11). Как показали исследования, породы характеризуются микрослоистыми текстурами и литокластическими структурами. Размер зерен - менее 0,3 мм, что соответствует алеврит-псаммитовой размерности. Основными минералами в обломках являются плагиоклаз, иногда карбонатизированный (рис. 10), и обыкновенная роговая обманка. Также встречаются литокласты с пилотакситовой (рис. 8) и фельзитовой (рис. 11) структурой. Среди обломков обнаруживаются сферолиты карбоната (рис. 11). Основная масса (цемент) подверглась интенсивным вторичным изменениям (хлоритизация, карбонатизация) (рис. 7, 9). На рис. 6-11 приведены снимки и краткое описание шлифов без анализатора и с анализатором. Таким образом, исходя из приведенных данных, порода определена как туф среднего состава (дациандезит) алеврит-псаммитовой размерности (туфопесчаник и туфоалевролит). Рис. 6. Шлиф С 04-4 (ув. ×2.5). Литокристаллокластический туф среднего состава (дациандезит) алеврит-псаммитовой размерности (без анализатора). Прерывисто-полосчатая текстура литокристаллокластического туфа. Неравномерно распределенные кристаллокласты зонального плагиоклаза и обыкновенной роговой обманки на фоне основной массы породы. Ширина поля зрения 7 мм Figure 6. Thin section C 04-4 (magnification ×2.5). Lithocrystal-clastic tuff of medium composition (dacyandesite) of silty-psammitic dimension (without analyzer). Discontinuously banded texture of lithocrystal clastic tuff. Unevenly distributed crystal clasts of zonal plagioclase and common hornblende against the background of the rock mass. The width of the field of view is 7 mm Рис. 7. Шлиф С 04-4 (увеличение ×10). Литокласты эффузивов и кристаллокласты плагиоклаза и обыкновенной роговой обманки в измененной основной массе (с анализатором). Ширина поля зрения 1,75 мм Figure 7. Thin section C 04-4 (magnification ×10). Lithoclasts of effusives and crystal clasts of plagioclase and common hornblende in the altered groundmass (with analyzer). Field of view width 1.75 mm Рис. 8. Шлиф С 04-4 (увеличение ×50). Литокласт пилотакситовой основной массы эффузива (с анализатором). Ширина поля зрения 0,35 мм Figure 8. Thin section C 04-4 (magnification ×50). Lithoclast of pilotaxitic effusive groundmass (with analyzer). The width of the field of view is 0.35 mm Рис. 9. Шлиф С 04-1 (увеличение ×20). Литокристаллокластический туф среднего состава (дациандезит) алеврит-псаммитовой размерности. Замещенная хлоритом (±гидрослюды) основная масса туфа (без анализатора). Ширина поля зрения 0,88 мм Figure 9. Thin section C 04-1 (magnification ×20). Lithocrystal-clastic tuff of medium composition (dacyandesite) of silty-psammitic dimension (without analyzer). The groundmass of tuff replaced by chlorite (± hydromica). The width of the field of view is 0.88 mm Рис. 10. Шлиф С 04-2 (увеличение ×20). Литокласт пилотакситовой основной массы эффузива и кристаллокласты обыкновенной роговой обманки и зонального плагиоклаза (с анализатором). Псевдоморфозы карбоната по плагиоклазу. Ширина поля зрения 0,88 мм Figure 10. Tin section C 04-2 (magnification ×20). Lithoclast of pilotaxitic effusive groundmass and crystal clasts of common hornblende and zoned plagioclase (with analyzer). Pseudomorphoses of carbonate after plagioclase. The width of the field of view is 0.88 mm Рис. 11. Шлиф С 04-2.1 (увеличение ×20). Литокласт фельзитовой основной массы эффузива и кристаллокласты обыкновенной роговой обманки и зонального плагиоклаза. Сферообразные выделения карбоната. Ширина поля зрения 0,88мм Figure 11. Thin section C 04-2.1 (magnification ×20). Lithoclast of the felsic groundmass of the effusive and crystal clasts of common hornblende and zoned plagioclase. Spherical segregations of carbonate. The width of the field of view is 0.88 mm Изучение химического состава туфопесчаников дзыхринской толщи Для определения химического состава, а также уточнения минерального состава из изучаемых пород были отобраны две пробы: пр-1 - зеленые туфопесчаники; пр-2 - туфопесчаники кремового цвета (рис. 12). Как видно из рис. 12 и 13, в обоих образцах присутствует кварц, ПШ и плагиоклаз, а также амфибол (роговая обманка) (первая линия ~8,4 Å) (рис. 13). Изображение выглядит как текст, внутренний Автоматически созданное описание Рис. 12. Химический состав отобранных образцов (в весовых процентах) по данным рентгенофазового анализа Figure 12. The chemical composition of the selected samples (in weight percent) according to X-ray phase analysis Рис. 13. Результаты ренгенофлуорисцентного анализа (РФА) проб пр-1 и пр-2 Figure 13. Results of X-ray fluorescence analysis (XRF) of pr-1 and pr-2 samples Песчаники из обоих слоев, несмотря на сходный минеральный состав, все же отличаются друг от друга не только по цвету, но и по химическому составу. Так, зеленые песчаники характеризуются повышенным содержанием Fe, Zn, а также редких элементов Rb, Sr и Y и значительными содержаниями К. Однако, содержания Са в них в 3,5 раза ниже, чем в кремовых песчаниках. Возможно, это говорит о преобладании в породе К-полевых шпатов над плагиоклазами. Второй образец (коричневые песчаники) характеризуется весьма значительным количеством кальция. Вероятно, это можно объяснить широким проявлением вторичных изменений, таких как псевдоморфозы кальцита по плагиоклазу, а также его присутствием в карбонатном цементе. 2. Результаты и обсуждение В процессе сопоставления отложений дзыхринской толщи Абхазской структурно-формационной зоны (СФЗ) установлено не только ее вещественное, но и возрастное сходство с вулканогенно-осадочными породами свиты Паук, относящейся к Новороссийско-Лазаревской СФЗ, а также вулканогенно-терригенной толщи Восточной части Чвежипинской СФЗ [5]. Из объяснительной записки к геологической карте Лист К-37 (Сочи), К-38 (Махачкала), К-39 М 1: 200 000 (2-е поколение, 2000 г.) [4] следует, что: «Свиты Паук, ананурская и керкетская объединенные (K2pk+kk) распространены в Новороссийско-Лазаревской СФЗ, в междуречье Аше-Псезуапсе. Граница с подстилающими породами нижнего мела согласная. Свита Паук находится в основании и сложена субфлишевым переслаиванием туфопесчаников (3,0-5,0 м; 40 %), кварцевых песчаников (0,1-0,4 м; 10 %), аргиллитов черных, зеленоватых, буроватых (0,1-0,3 м; 20-25 %), мергелей глинистых (0,05-0,15 м; 20 %), редко кремоватых известняков (0,05-0,1 м). Верхняя часть разреза (30 м) представлена тонкоритмичным чередованием (3-5 см) кварцевых песчаников (10 %), кремней (30 %) и аргиллитов (60 %). Мощность свиты - 80 м… Сеноманский и раннетуронский возраст этих свит обоснован микрофауной: Gavelinella cenomanica Brotz., G. cuvillieri Carb., Gaudryinella turonica Samysch., Arenobulimina orbignyi Reuss и др.». Как говорилось ранее, район исследований расположен в пределах Гагрско-Джавского складчато-глыбового поднятия, сложенного «…формациями островной дуги, ее склонов (туфы, лавы, терригенные породы средней юры) и островного шельфа (карбонатно-терригенные отложения верхней юры-эоцена)» [4]. В структуре поднятия выделяют четыре структурно-формационных зоны: Краснополянскую, Абхазо-Рачинскую, Ахцу и Абхазскую. В пределах изученной площади большая часть Гагрско-Джавского поднятия перекрыта Новороссийско-Лазаревским и Чвежипсинским аллохтонами. Рассматриваемый район исследований относится к Абхазской структурно-формационной зоне в структуре Гагрско-Джавского складчато-глыбового поднятия. Абхазская СФЗ является промежуточной ступенью между зоной Ахцу и Адлерской депрессией в междуречье Сочи и Мзымты, протягиваясь в акваторию Черного моря до траверза г. Дагомыса. Состав оксфорд-эоценового комплекса отложений в пределах Абхазской СФЗ соответствует «терригенно-карбонатной мелководной формации островного шельфа (ШО J3-₽2) мощностью 2,5 км, запечатанной почти 3 км олигоцен-миоценовой молассой остаточного морского бассейна (МО ₽3-N1)» [4]. В тектоническом отношении в Абхазской СФЗ развиты симметричные складки с углами падения крыльев 20-30°. Наиболее крупными пликативными структурами являются Ахунская и Ахштырская антиклинали, их оси погружаются на запад в сторону Туапсинского прогиба под углами 7-10°. Северная граница зоны проводится по Монастырскому разлому и Воронцовскому надвигу, южная - по подошве палеоцен-четвертичной молассы. Близлежащая Новороссийско-Лазаревская складчатая зона (СФЗ) образует полосу шириной более 20 км, которая постепенно сужается до 9 км в юго-восточном направлении, а в верхнем течении р. Сочи она уже полностью эродирована. Данная СФЗ сложена осадками флишевой терригенной и терригенно-карбонатной формаций келловей-маастрихтского возраста общей мощностью более 5,5 км. Эта формация маркирует условия задугового бассейна, или задугового спрединга (ЗС J3-₽2) [6]. Вулканические образования в составе осадков присутствуют лишь среди отложений свиты Паук (сеноман), в которой встречены туфы основного состава. Отложения Новороссийско-Лазаревской СФЗ залегают на вулканитах байоса Закавказской плиты, которые в Абхазской СФЗ непрерывно перекрываются карбонатными образованиями островного шельфа. Согласно выводам авторов [4], «в альпийский этап осадконакопления островная дуга и задуговой бассейн располагались на значительном расстоянии друг от друга, а следовательно, их совмещение в современной структуре, с большой долей вероятности, является тектоническим». Согласно [6], к началу позднего мела относят значительную активизацию магматических процессов в пределах рассматриваемого района, а также в его окрестностях: разнофациальные породы субщелочного габброидного комплекса (ενK2) фиксируются в бассейнах рек Псоу, Мзымта, Сочи, Лоо, Пшехи, Туапсе. По характеру взаимоотношений с вмещающими юрскими и раннемеловыми породами (глинистыми сланцами лейаса, вулканогенными породами байоса, сланцами и песчаниками бата и баррема-альба) установлено, что мелкие гипабиссальные и субвулканические тела имеют возраст «ранний сеноман - поздний турон» (K2s-t). По составу габброиды сложены средним плагиоклазом, титан-авгитом и рудным минералом (магнетит). По химическому составу и структуре данные породы принято относить к гипабиссальным и жильным щелочным меланократовым породам типа безоливиновых тишенитов или эссексит-диабазов [6]. С данным типом габброидов связывают эруптивные брекчии типа трубок взрыва из верхних частей субвулканических штоков, а также сеноманские вулканиты. В более молодых слоях данный тип пород не встречен. Ранее нами уже рассматривался подобный тип интрузивных пород основного состава в соседней Абхазско-Рачинской СФЗ [7]. Подводя итог работы, можно отметить следующее: в результате проведенных исследований выхода дзыхринской вулканогенно-осадочной толщи около каньона Белые Скалы впервые показан литолого-геохимический состав данных отложений в указанном районе. Полученные данные в полной мере согласуются с информацией о региональном геологическом строении Абхазской СФЗ [3]. Дзыхринская толща Абхазской СФЗ (автохтон) является одновозрастным аналогом свиты Паук (сеноман) Новороссийско-Лазаревской и Чвежипсинской СФЗ (аллохтоны). Принимая во внимание тот факт, что структуры Абхазской (автохтонной) СФЗ находят свое продолжение и в акваториальной части Черноморского осадочного бассейна (южная переклиналь Туапсинского прогиба, вал Шатского) [8], детальное изучение вещественного состава сеноманских вулканогенно-осадочных отложений Северо-Западного Кавказа (дзыхринская толща, свита Паук) позволяет получить необходимую информацию для использования данной толщи в качестве маркирующего горизонта при анализе кернового материала и стратификации разреза морских скважин. Настоящая работа может быть использована при анализе геолого-геофизической информации при изучении глубокопогруженных частей нижнеи верхнемеловых отложений [9], так как вышеуказанные СФЗ находят свое продолжение в акваториальной части Туапсинского прогиба (рис. 14), что, в свою очередь, открывает перспективы для продолжения поисковых работ на нефть и газ [10]. Vorontsov fault Krasnopolyansky fault Shatsky ArchTuapse deflection Изображение выглядит как карта Автоматически созданное описание Рис. 14. Фрагмент карты структурно-тектонического районирования Восточно-Черноморского региона (составлена с использованием материалов [11; 12]) Figure 14. A fragment of a map of the structural-tectonic zonation of the East Black Sea region (compiled using materials [11; 12]) Заключение Впервые детально изучены особенности строения, минеральный и химический состав пород дзыхринской толщи в каньоне р. Большая Хоста. Выявлено, что они имеют яркие отличительные черты относительно вмещающих их известняков, залегают на границе пород агурской и казачебродской свит, имеют аналоги в соседних структурно-формационных зонах, а значит, могут использоваться в качестве маркирующего горизонта при детальных геолого-картировочных работах или документации керна.

About the authors

Elena V. Karelina

Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University)

Author for correspondence.
Email: karelina-ev@rudn.ru
ORCID iD: 0000-0002-0929-4290

PhD of Geology, Associate Professor of the Department of Mineral Developing and Oil & Gas Business, Academy of Engineering