Cretaceous-Paleogene Boundary in the Shapsug Section (Southern Slope of the Northwest Caucasus)

全文:

ВВЕДЕНИЕ

На южном склоне Северо-Западного Кавказа во флишевой толще разреза Шапсугский впервые выявлены палеонтологические и минералогические индикаторы глобальных событий, произошедших на границе мела – палеогена.

Данный разрез расположен в черте г. Туапсе, в скальном обрыве на юго-восточном склоне горы Варваринка, на выезде с ул. Шапсугская на федеральную автомобильную дорогу Новороссийск–Сочи (рис. 1) и в геологическом отношении приурочен к юго-восточному замыканию Новороссийско-Лазаревского синклинория. В исследуемом регионе авторами выделены ранее не описанные здесь радиолярии дания, планктонные фораминиферы датского и маастрихтского возраста.

Рис. 1. местоположение разреза Шапсугский на схемах Краснодарского края, г. Туапсе и фрагменты разреза в обнажениях: 1 – место разреза, 2 – федеральная автомобильная дорога Новороссийск–Сочи, 3 – путь к разрезу от железнодорожного вокзала г. Туапсе.

Тема глобальных, планетарных катастрофических событий на границе маастрихта – дания и связанного с ними биотического события активно обсуждается в научном сообществе в течение последних четырех десятилетий. Толчком послужило открытие У. и Л. Альваресами (Alvarez et al., 1980) в слое глубоководных глин из разреза Баттачионе, в Губбио (Италия), аномально высоких содержаний иридия. Такие содержания характерны для астероидов. многочисленными исследованиями подтвержден факт катастрофического и биотического события в конце мелового периода, одним из факторов которого являлось падение астероида в акваторию мексиканского залива (Keller et al., 1997).

Пограничные отложения в виде маломощного горизонта осадочных пород (до первых см), сформированного на границе мелового и палеогенового периодов, ассоциируются с биотическим событием. Они встречены на всех континентах, а также в керне скважин, пробуренных в океанах по международной программе бурения (Deep Sea Drilling Project). На территории бывшего СССР они описаны на мангышлаке, в Туркмении, в Грузии (Назаров и др., 1983; Alekseev et al., 1986; Nazarov et al., 1986; Алексеев и др., 1988; Naidin et al., 1990; Adamia et al., 1993; Веймарн и др., 1998). Разрезы, содержащие фаунистические и минералогические подтверждения мел-палеогеновой границы, до настоящего времени на территории Российской Федерации не описывались.

Цель исследований – уточнение стратиграфического положения мел-палеогенового пограничного горизонта во флишевых отложениях южного борта Северо-Западного Кавказа.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Исследования включали в себя: выделение зональных стратиграфических подразделений по радиоляриям и планктонным фораминиферам, биостратиграфическое обоснование возраста полученных комплексов микрофауны, поиски стрессовых и космических минералов, проведение анализа химических элементов из пограничного горизонта.

Объектом исследований являлись кремнистые, карбонатные и терригенные разности пород разреза Шапсугский, отнесенные к снегуревской свите маастрихтского возраста (нижняя часть разреза, слои 122–139) и к шепсинской свите датского возраста (средняя и верхняя части разреза, слои 1–121) (Афанасьев, 2004). Непосредственный горизонт катастрофического события (слой № 122) является последним слоем, относимым к маастрихту (рис. 2). Отложения снегуревской свиты, представленные глинисто-карбонатно-алевритовым флишем с преобладанием глинисто-алевритовых компонентов, согласно залегают на отложениях васильевской свиты и имеют суммарную мощность 299 м. Шепсинская свита фациально замещает свиту сукко, согласно залегает на снегуревской свите маастрихта, перекрывается навагирской свитой датского возраста и сложена флишевым переслаиванием окремнелых мергелей, аргиллитов и опок (мощность ритмов 0.1–0.4 м) (Афанасьев, 2004).

Рис. 2. Литолого-стратиграфическая колонка разреза Шапсугский с зонами и подзонами палеогена по радиоляриям (GTS-2012) и планктонным фораминиферам (МСШ-2015). Обозначения: 1 – мергели, 2 – силициты, 3 – опоки, 4 – алевролиты, 5 – песчаники.

Литолого-стратиграфическое изучение разреза сопровождалось палеонтологическими и минералогическими исследованиями.

При проведении палеонтологических исследований осуществлялось выделение и изучение радиолярий из кремнистых пород и планктонных фораминифер из карбонатных и терригенных разностей. Наилучший результат для извлечения радиолярий из силицитов получен травлением породы 15%-м раствором плавиковой кислоты. микрофауну планктонных и бентосных фораминифер выделяли механической или химической дезинтеграцией карбонатных и терригенных пород. Фотографирование палеонтологических объектов проводилось на сканирующем электронном микроскопе CAMSCAN Cambride UK в кабинете приборной аналитики Палеонтологического ин-та им. А.А. Борисяка РАН (ПИН РАН). Коллекции радиолярий и фораминифер разреза Шапсугский (№ 1 и № 2) хранятся в Центральном горно-геологическом агентстве (ЦГГА).

В образце из горизонта глобального события определялся количественный элементный состав на масс-спектрометре с индуктивно-связанной плазмой (ISP масс-спектрометр) Termo Fisher X Series (Аналитический центр Ин-та геологии Карельского научного центра РАН). Петрографические исследования (микроскоп Axio Scope 40 Carl Zeiss), подтвержденные рентгенофазовым анализом (дифрактометр рентгеновский Rigaku “MiniFlex 600”) проведены в московском государственном ун-те им. м.В. Ломоносова (МГУ) (аналитик Е.В. Карпова).

В ПИН РАН проведены электронно-микроскопические исследования ударных и космических минералов (на сканирующем электронном микроскопе TESSCAN Vega 2), их количественный химический анализ (на энергодисперсионном спектрометре INCA OXFORD instrument), а также оптические исследования тектитов (на стереомикроскопе M165-С Leica). При этом визуальный поиск ударных алмазов и различных модификаций углерода наноразмерности осуществлялся путем облучения породы фонарем UV-Tech 9WX1 – источником света в ультрафиолетовом спектре, с длиной волны 365 нм. Фотографирование фрагментов стеклоподобного вещества выполнено на поляризационном микроскопе Olimpus Bx-51 в Ин-те геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН (ИГЕМ РАН) А.Д. Бобанским.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

При полевом изучении флишевых отложений восьми опорных разрезов верхнего мела – палеоцена южного склона Северо-Западного Кавказа в 2014-2016 гг. Д.В. Кочергиным были выделены циклиты, сложенные известковыми глинами, глинистыми известняками, песчаниками, силицитами, опоками, кремнями (Кочергин, 2017). Особое внимание уделялось исследованию кремнистых разностей пород, которые характерны для низов палеоцена. Поэтому в литологическом плане наиболее интересным оказался разрез Шапсугский. В данном разрезе цикличная флишевая толща снегуревской и шепсинской свит находится в перевернутом залегании, что подтверждается палеонтологическими и литологическими данными в соответствии с циклами (секвенцией) А. Боумы (Bouma, 1964). Детально исследованный фрагмент разреза, мощностью 21.4 м, отличается присутствием силицитов и опок с толщиной слоев 0.15–0.40 м, число которых возрастает в средней части разреза (рис. 2). В основании разреза находятся известняки снегуревской свиты, белые, плитчатые, трещиноватые, пелитоморфные, мощностью 0.2 м. Известняки перекрыты пачкой серых, зеленовато-серых мергелей снегуревской свиты, мощностью около 0.6 м, с прослоями черных силицитов. Выше по разрезу наблюдается переходный мел–палеогеновый пограничный слой (слой 122), представленный серовато-черными силицитами, мощностью 0.32 м. На пограничном слое согласно залегают отложения шепсинской свиты палеогена: пачка серых мергелей видимой мощностью до 20 м с прослоями темно-серых силицитов, сменяющихся выше по разрезу прослоями опок, известняков и песчаников.

Палеонтологическими исследованиями из силицитов средней части разреза выделены комплексы радиолярий, соответствующие видам-индексам Amhisphaera aotea Hollis и A. kina Hollis одноименных зон палеогена южных высоких широт глобальной шкалы палеогена GTS-2012, (RP1) и (RP2) (рис. 3, а–в). В карбонатных и терригенных разностях пород шепсинской свиты и пограничного горизонта обнаружены комплексы планктонных фораминифер подзон Р0-Р1b шкалы планктонных фораминифер палеоцена (Olsson et al., 1999) (рис. 3, г–е).

Рис. 3. Палеонтологические индикаторы пограничного мел–палеогенового слоя разреза Шапсугский, электронные изображения микрофауны: а – Amphisphaera aotea Hollis (экз. ЦГГА 2020, № 1/3), б – A. kina Hollis (экз. ЦГГА 2020, № 1/25), в – A. macrosphaera Nishimura (экз. ЦГГА 2020, № 1/101), г – Praemurica taurica (Morozova) (экз. ЦГГА 2020, № 2/1), д – Heterohelix globulosa (Ehrenberg) (экз. ЦГГА 2020, № 2/2), е – Guembelitria dammula Voloshinova (экз. ЦГГА 2020, № 2/3).

В составе зонального комплекса радиолярий с видом-индексом Amphisphaera aotea Hollis, 1993 выделяются доминантные таксоны: A. aotea Hollis, A. spinulosa Hollis et Hanson, Stylosphaera goruna Sanfilippo et Riedel, Lithomespilus coronatus Squinabol, Hexacontium paleocenica Sanfilippo et Riedel, Peritiviator? dumitricai Nishimura, Spongurus bilobatus Clark et Campbell, Periphaena alveolata (Lipman), Amphisphaera macrosphaera (Nishimura).

В составе зонального комплекса с видом-индексом Amhisphaera kina Hollis,1993 установлены: A. kina Hollis, A. radiosa (Ehrenberg), Artostrobus pusillum (Ehrenberg), Buryella insensis (Kozlova), Lithomespilus mendosa (Krasheninnikov), Lithomespilus coronatus Squinabol, Haliomma faceta (Kozlova), Spongurus bilobatus Clark et Campbell, S. quadratus Campbell et Clark, Spongopyle sanfilippoae O’Connor, Periphaena alveolata (Lipman).

Находка индекс-вида A. aotea Hollis позволила предположить наличие пограничного мел–палеогенового горизонта в разрезе Шапсугский, по аналогии с верхнемеловой–среднеэоценовой карбонатно-кремнистой формацией “Mead Hill” (группа Muzzle), простирающейся на cеверо-восточном окончании южного о-ва Новой Зеландии. Голотип этого вида был описан К. Холлисом в 10 см выше слоя глин K–T границы (Hollis, 1993; Strong et al., 1995).

Форма A. aotea определена Холлисом как индекс-вид одноименной зоны палеогена шкалы южных высоких широт (RP1). Подошва зоны коррелирует с кровлей маастрихтской радиоляриевой зоны (RK9) Lithomelissa? hoplites и подошвой фораминиферовой зоны (P0-Pα). Кровля этой зоны коррелирует с верхней частью фораминиферовой зоны P1a.

По первому появлению радиолярии A. aotea мел–палеогеновый горизонт с иридиевой аномалией также зафиксирован в разрезе Wharanui Point (Strong et al., 1995). В Новозеландском регионе данный вид встречен в разрезах: Woodside Creek, Flaxbourne River, Chancet Rocks, Wharanui Point.

Раннепалеоценовые комплексы радиоляриевой микрофауны с зональным видом-индексом A. aotea выделены из кремнистых пород континентальных и островных разрезов, скважин, пробуренных по проекту (DSDP). Так, они описаны в нижнепалеоценовой части мел–среднеэоценового разреза формации Домеки, развитой на о-ве Сикоку, Япония (Harumasa, 2001). A. aotea присутствует и в палеоценовых отложениях пояса Шиманто (Симанто) (Северный пояс), южная часть гор Акаиши, Центральная Япония (Muramatsu, 1986). Они выделены Г. Келлер (Keller et аl., 1997) в отложениях палеоцена формации Гуаякиль (Эквадор), Л. Дингом (Ding, 2003) из сланцев и кремней формации Сангдалин, входящей в осадочную группу Жеба (Южный Тибет). Из отложений палеоцена, представленных на территории Российской Федерации, формa A. aotea Hollis и соответствующий ей зональный комплекс радиолярий ранее не описывались.

Исследования позволили определить и проследить в разрезе Шапсугский смену подзон палеоцена мСШ по планктонным фораминиферам: P0, Pα, P1a, P1b.

В нижней части разреза выделена подзона по планктонным фораминиферам P0 с индекс-видом Hedbergella monmouthensis (Olsson, 1960). В комплекс планктонных фораминифер этой зоны входят: H. monmouthensis (Olsson), Guembelitria dammula Voloshinova, G. cretacea Cushman, Praemurica taurica (Morozova), Heterohelix globulosa (Ehrenberg), H. moremani (Cushman), Parasubbotina af. pseudobulloides Olsson et al., Planoglobulina acervulinoides (Egger), Pseudotextularia nutalli (Voorwijk), Eoglobigerina eobuloides Morozova, Racemiguembelina powelli Smith et Pessagno, Chiloguembelina midwayensis (Cushman), Pseudotextularia elegans (Rzehak), Rugoglobigerina rugosa (Plummer). Комплекс планктонных фораминифер подзоны сопоставим с описанным ранее из Нижнеозерейкинского разреза (Алексеев и др., 2018).

В средней части разреза выделена зона Pα с индекс-видом Parvularugoglobigerina eugubina (Luterbacher et Premoli Silva, 1964). В комплекс планктоных фораминифер зоны входят: P. eugubina (Luterbacher et Premoli Silva), Globoconusa daubjergensis (Bronnimann), Woodringina hornestownensis Olsson, Guembelitria cretacea Cushman, Eoglobigerina eobulloides Morozova, Woodringina claytonensis Loeblich et Tappan, Parasubbotina aff. pseudobulloides Olsson et al., Globonamalina archaeocompressa (Blow), Globotruncanita cf. stuarti (de Lapparent), Pseudoguembelina excolata (Cushman), Chiloguembelina morsei (Kline), C. ex.gr. midwayensis (Cushman), Praemurica taurica (Morozova), Heterohelix globulosa (Ehrenberg).

В верхней части разреза выделена зона P1a с индекс-видом Subbotina triloculinoides (Plummer, 1926). В комплекс фораминифер зоны входят S. triloculinoides (Plummer), Globonamalina planocompressa (Shutskaya), Praemurica pseudoinconstans (Blow), Eoglobigerina edita (Subbotina).

Стратиграфически выше выделена подзона P1b с индекс-видом Globanomalina compressa (Plummer, 1926). В комплекс зоны входят Parvularugoglobigerina alabamensis (Liu et Olsson), Parasubbotina aff. pseudobulloides Olsson et al., Subbotina riloculinoides (Plummer) – маркер нижней границы подзоны P1b (64.5 млн л.) (Olsson et al., 1999).

Минералогическими исследованиями определен непосредственный слой-индикатор глобального катастрофического события, представленный черными силицитами, мощностью 0.32 м. Силициты опал-кристобалитовые, известковисто-глинистые, глобулярно-колломорфные и интракластовые (по петрографическим данным содержащие до 20% иллита и 10% кальцита). Рентгенофазовым анализом установлены также гидрослюда (11%), смектит (2%), хлорит (2%), цеолит (гейландит) (1%), кварц (13%), кристобалит (52%), плагиоклаз (2%), кальцит (14%), сидерит (3%). минералогическими исследованиями обнаружены чешуйки мусковита, ромбоэдры и скаленоэдры кальцита, зерна кварца, железомагнезиальных карбонатов, глауконита, кристаллы пирита. В верхней части слоя силицитов наблюдается тонкий прослой (мощностью 3–5 см), представленный окремнелыми мергелями с пятнистыми выделениями гидроксидов железа. Подобные ожелезненные образования с крайне незначительной мощностью описываются в большинстве наиболее известных мировых разрезов с мел-палеогеновой границей.

К типоморфным минералогическим признакам пограничного слоя относятся: присутствие экзотических микросфер, муассонита, прозрачных и черных зерен высокоуглеродистого вещества, благородных металлов, шокового кварца, обломков стекла, которые имеют сходство с космическими частицами, описанными ранее (Грачев и др., 2008; Корчагин, 2011). В силицитах ниже подошвы пограничного горизонта диагностировались микрочастицы самородного железа и кремния.

Микросферы и наносферы (размером от 100 до 0.1 мкм) силикатного, алюмосиликатного, магнетитового состава имеют шаровидную, эллипсовидную, веретеновидную формы (рис. 3, а–в). Первично магнетитовые микросферы часто замещаются гидроксидами железа, что обусловлено активными постседиментационными преобразованиями толщи в постмаастрихтское время.

Из тяжелой фракции силицитов выделены зерна (размерностью 200–2 мкм) черного кремнисто-углеродистого вещества, содержащие переменные соотношения Si и С, не типичные для осадочного процесса. Энергодисперсионным спектрометром в единичных частицах определен углерод (до 98.48%) с примесью кремния (1.52%) и предположительно муассанит (Si–57% и C–41.9%). Найдены также черные и темно-коричневые нитевидные высокоуглеродистые образования (С–68%) в виде волокон, достигающих длины 300 мкм, диаметром сечения 5–20 мкм и микрочастица нитрида углерода. К образованиям высокоуглеродистого состава пограничного слоя приурочены микропластинки (размером 0.2–10 мкм), содержащие Au (34.72–90.27%), Ag (4.47–44.59%), Pt (0.86%).

При облучении породы из пограничного слоя ультрафиолетом (длиной волны 365 нм) на единичных частицах, размером менее 0.2 мкм, наблюдалась флюоресценция в ярко-розовом и зеленом спектрах, характерная для ударных алмазов (лонсдейлитов). К космической пыли в силицитах из пограничного слоя могут относиться частицы высокочистого железа (100% Fe) и высокочистого кремния (100% Si).

Характерной особенностью пограничного слоя является наличие нескольких разновидностей кварца: угловатых обломков алевритовой размерности, а также зерен неправильной формы со сглаженными краями (предположительно, оплавленных). При оптическом исследовании в “оплавленных” зернах наблюдаются системы тонких, волосовидных трещин, часть которых не пересекает внешних границ зерен, что может указывать на их образование в стрессовых условиях. В пользу импактного события могут свидетельствовать также найденные в силицитах палочковидные прозрачные и полупрозрачные образования силикатного состава, иногда с заостренными концами, круглого сечения диаметром 5–10 мкм, длиной 150–30 мкм. Подобные образования из переходного слоя на границе мела и палеогена, состоящие на 99% из SiO₂, были описаны В.А. Цельмовичем и др. (2008) в разрезе Гамс (Восточные Альпы). Они названы силикаглассами, или стримерглассами и встречены совместно с тектическими минералами.

Особого внимания заслуживает находка в силицитах пограничного слоя угловатых обломков (до 3 мм в поперечнике при толщине менее 1 мм) полупрозрачного ожелезненного стеклоподобного вещества перлитовой структуры (рис. 4, г).

Рис. 4. микросферы: а, б – соответственно силикатного и алюмосиликатного состава (электронные изображения); в – магнетитового состава (фото на СЭМ); г – фрагмент обломка ожелезненного силикатного стекла с перлитовой структурой (фото в проходящем свете поляризационного микроскопа).

Геохимическим индикатором изученного пограничного слоя является ураганное содержание иридия, а также высокие концентрации платиноидов и ряда других металлов, не характерные для осадочных пород Северо-Западного Кавказа. В установке индуктивно-связанной плазмы (ICP) в пробе ожелезненного силицита из верхней части слоя 122 определены (в ppb): Ir–46, Pd–530, Pt–49, Ru–17, Cr–52496, Ni–26393, Co–5320, Th–2646, U–825, Li–9152, Be–498, Sc–3875, Ti–1034954, V–43781, Mn–346216, Cu–17964, Zn–33571, Ga–14267, As–4873, Se–4089, Rb–37823, Sr–20937, Y–7397, Zr–36258, Nb–3674, Mo–564, Ag–73, Cd–122, Cs–1988, Sb–555, Ba–214127, La–9707, Ce–23015, Pr–2397, Nd–9314, Sm–1997, Eu–367, Gd–1931, Tb–234, Dy–1324, Ho–241, Er–782, Tm–98, Yb–740, Lu–120, Hf–1053, Ta–227, W–560, Tl–1312, Pb–6596, Bi–45. Такой геохимический набор элементов является аномальным и обычно связывается с глобальным космическим событием на границе мела и палеогена. Содержания иридия в пограничном слое мела–палеогена в различных разрезах мира колеблются от 1 до 580 ppb (Sawlowich, 1993). Например, в разрезе Каравака (Испания) – до 56.9 ppb, в разрезе Стевен Клинт (Дания) – до 50.9 ppb (Савельева и др., 2016).

ВЫВОДЫ

В Российской Федерации найден уникальный горизонт пограничных отложений мела–палеогена, являющийся индикатором глобального катастрофического и биотического события. Это делает разрез Шапсугский особенно значимым для продолжения этих исследований в Кавказском регионе и для изучения минерагении крупных ударных астроблем, рассеянных продуктов их взрывов.

* * *

Авторы благодарят А.С. Алексеева (МГУ, ПИН РАН) за ценные консультации при определении планктонных фораминифер и обсуждение проблемы в целом. С теплотой и благодарностью вспоминаем выдающегося микропалеонтолога, безвременно ушедшего от нас В.Н. Беньямовского, изучавшего планктонных фораминифер Шапсугского разреза.

作者简介

D. Kochergin

编辑信件的主要联系方式.
Email: cgga@yandex.ru
俄罗斯联邦, Moscow, 117042; Moscow, 117647

N. Granovskaya

Email: cgga@yandex.ru
俄罗斯联邦, Rostov-on-Don, 344006

参考

补充文件

附件文件

动作

1. JATS XML

下载

2. Fig. 1. Location of the Shapsugsky section on the maps of Krasnodar Krai, the city of Tuapse and fragments of the section in outcrops: 1 – location of the section, 2 – federal highway Novorossiysk-Sochi, 3 – route to the section from the railway station of Tuapse.

下载 (743KB)

索引源数据

3. Fig. 2. Lithological-stratigraphic column of the Shapsug section with zones and subzones of the Paleogene based on radiolarians (GTS-2012) and planktonic foraminifers (MSSh-2015). Designations: 1 - marls, 2 - silicites, 3 - opoka, 4 - siltstones, 5 - sandstones.

下载 (446KB)

索引源数据

4. Fig. 3. Paleontological indicators of the Cretaceous–Paleogene boundary layer of the Shapsugsky section, electronic images of microfauna: a – Amphisphaera aotea Hollis (specimen CGGA 2020, No. 1/3), b – A. kina Hollis (specimen CGGA 2020, No. 1/25), c – A. macrosphaera Nishimura (specimen CGGA 2020, No. 1/101), g – Praemurica taurica (Morozova) (specimen CGGA 2020, No. 2/1), d – Heterohelix globulosa (Ehrenberg) (specimen CGGA 2020, No. 2/2), e – Guembelitria dammula Voloshinova (specimen CGGA 2020, № 2/3).

下载 (492KB)

索引源数据

5. Fig. 4. Microspheres: a, b - of silicate and aluminosilicate composition, respectively (electron images); c - of magnetite composition (photo on SEM); d - a fragment of a ferruginous silicate glass with a perlite structure (photo in transmitted light of a polarizing microscope).

下载 (243KB)

索引源数据