Геохимическая характеристика карбонатных пород роговской свиты

Доломиты роговской свиты имеют относительно выдержанный состав, концентрации CaO (23,9–31,7 мас. %, среднее – 28,1 мас. %), MgO (14,5–22,7 мас. %, среднее – 19,0 мас. %). Доломиты заметно окремнены (SiO₂ 4,3–21,6 мас. %, среднее – 8,9 мас %.), содержания Al₂O₃ составляют от 0,7 до 3,3 мас. %, в среднем – 1,8 мас. %, Fe₂O_3общ 0,6–11,9 мас. %, среднее 2,9 мас. %. Породы характеризуется очень низкими содержаниями других петрогенных оксидов: содержания Na₂O, TiO₂ составляют менее 1 мас. %, содержания K₂O, P₂O₅ – менее 2 мас. % (табл. 7, рис. 9).

Таблица 7. Содержания петрогенных окислов в карбонатных породах роговской свиты

	4007/ 258	4007/ 319	4007/ 272	3064/ 252	4007/ 327	3064/ 293,5	3064/ 260	3064/ 266	3623/ 326	3576/ 381	3576/ 377,2
Na2O	0,002	0,011	0,1	0,282	0,012	0,175	0,393	0,216	0,418	0,192	0,152
MgO	17,9	19,292	15,115	18,755	18,017	17,822	19,882	17,498	20,747	18,162	17,756
Al2O3	0,707	0,656	1,566	2,545	0,687	1,318	2,713	0,687	1,338	1,494	2,547
SiO2	4,572	4,811	9,537	8,676	5,688	7,716	8,994	5,502	8,17	4,312	5,237
P2O5	0,408	0,202	0,358	0,054	0,311	0,042	0,085	0,305	0,041	0,061	0,054
SO3	3,365	0,871	5,578	0,025	0,922	1,34	0,046	0,884	0,034	0,042	0,03
K2O	0,191	0,095	0,606	0,289	0,199	0,176	0,324	0,148	0,049	0,18	0,534
CaO	30,453	30,245	29,403	27,907	30,431	30,368	27,91	29,49	28,969	28,753	28,024
TiO2	0,613	0,754	1,877	0,194	0,738	0,077	0,227	0,731	0,105	0,055	0,07
MnO	0,077	0,03	0,123	0,051	0,048	0,034	0,053	0,045	0,045	1,389	1,027
Fe2O3	5,17	3,149	7,393	1,979	4,795	1,379	1,935	4,554	1,161	3,411	3,337
BaO	0,421	1,031	0,622	-	0,655	-	-	0,644	-	-	-
ППП	35,993	38,822	27,638	39,221	37,216	39,528	37,414	39,259	38,895	41,935	41,216
Сумма	99,872	99,969	99,916	99,978	99,719	99,975	99,976	99,963	99,972	99,986	99,984

 

Продолжение табл. 7.

	3576/ 377,2	4016/ 320,2	4033/ 545,7	3694/ 156	3692/ 196	3692/ 190	3628/ 374	3628/ 370	3628/ 287	4110/ 270	3509/ 254,7
Na2O	0,152	0,018	0,294	0,063	0,007	0,002	0,573	0,675	0,794	0,195	0,11
MgO	17,756	22,675	21,539	14,53	18,981	19,781	20,821	20,912	20,75	16,248	21,156
Al2O3	2,547	0,968	1,629	3,29	2,845	2,424	2,264	1,982	2,776	1,61	1,507
SiO2	5,237	5,76	4,473	15,589	21,583	16,965	10,257	11,504	14,159	7,428	6,616
P2O5	0,054	-	0,034	0,701	1,794	1,279	0,053	0,074	0,057	0,053	0,049
SO3	0,03	0,03	0,027	0,035	0,028	0,034	0,037	0,043	0,031	0,102	0,119
K2O	0,534	-	0,087	1,603	1,091	0,899	0,3	0,15	0,101	0,075	0,133
CaO	28,024	31,668	28,302	25,018	23,899	24,479	25,394	26,718	24,898	30,525	26,376
TiO2	0,07	0,092	0,076	3,026	0,066	0,07	0,143	0,137	0,208	-	-
MnO	1,027	0,042	0,035	0,302	0,806	0,851	0,117	0,091	0,092	0,048	0,072
Fe2O3	3,337	1,2	1,164	11,892	0,684	0,924	2,033	1,519	2,237	0,935	0,651
BaO	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
ППП	41,216	37,55	42,32	23,66	28,21	32,28	37,964	36,133	33,846	42,76	43,17
Сумма	99,984	99,985	99,686	99,646	99,987	99,986	99,383	99,263	99,155	83,536	78,693

Рис. 9. Составы карбонатных пород роговской свиты на диаграммах Харкера

 

В доломитах роговской свиты наблюдаются заметные отрицательные корреляции между содержаниями кальция и кремния (r = -0,8), алюминия (r = -0,8), калия (r = -0,6). Отмечается отчетливая отрицательная корреляция между содержаниями магния и железа (r = -0,7). Положительные корреляции (r ~ 0,7) отмечены между содержаниями кремнезема и других петрогенных окислов – Al₂O₃, P₂O₅, K₂O. Эти данные свидетельствуют о том, что содержания различных петрогенных окислов, нехарактерных для чистых доломитов, напрямую зависит от окремненности пород.

Содержания алюминия и титана могут быть использованы в качестве индикаторов детритового привноса в карбонатных породах [9]. Как показано на диаграмме (рис. 10), оба этих элемента в карбонатах роговской свиты присутствуют в низких концентрациях, что свидетельствует о незначительной роли детритового привноса.

Рис. 10. Составы карбонатных пород роговской свиты на диаграмме по [9]

 

Обогащение пород кремнезёмом в результате замещения карбонатных минералов силикатными, вероятно, связано с последующей перекристаллизацией пород. Оценку степени изменения карбонатных пород постдиагенетическими и метаморфическими процессами можно осуществить, используя в качестве критерия соотношение марганца и стронция. В результате перекристаллизации карбонатные породы обычно обогащаются марганцем и обедняются стронцием [10, 11]. На диаграмме по [10] (рис. 11) видно, что неокремненные доломиты роговской свиты соответствуют по соотношению Mn/Sr типичным морским доломитам, в то время как породы, обогащенные кремнеземом интепретируются как подверженные перекристаллизации. В связи с этим, для характеристики распределения малых и редких элементов выбирались образцы с наименьшей примесью кремнезема, что дало возможность максимально корректно охарактеризовать геохимические особенности доломитов роговской свиты. Распределение малых и редких элементов в обогащенных кремнием породах, заметно отличается, что может быть связано с повышенными содержаниями данных элементов в силикатных минералах.

Рис. 11. Составы карбонатных пород роговской свиты на диаграмме по [10]

 

Таблица 8. Содержания малых и редких элементов в карбонатных породах роговской свиты

	3692/190	3692/196	4016/320,2	4033/545,7	4110/270
V	9,11	8,88	25	14,5	14,0
Cr	12,1	14,8	21,9	10,8	23,7
Ga	4,17	4,24	3,55	2,43	1,52
Rb	26,7	25	<2	3,28	6,98
Sr	57,1	53,1	126	177	118
Y	32,6	39,6	3,37	3,89	2,43
Zr	32,1	35	25,1	15,9	20,6
Nb	2,24	1,64	0,67	<0.5	1,08
Mo	<0.6	0,62	<0.6	<0.6
Ba	137	161	253	83,6	77,0
La	14,1	17,6	4,48	4,71	4,11
Ce	12,1	14,7	9,22	9,67	7,97
Pr	2,77	3,17	1,15	1,1	0,90
Nd	10,9	13,2	4,23	4,23	3,42
Sm	2,11	2,23	0,72	0,63	0,54
Eu	0,66	0,68	0,21	0,25	0,17
Gd	2,29	3,22	0,71	0,84	0,57
Tb	0,31	0,41	0,1	0,11	0,076
Dy	2,16	2,78	0,66	0,69	0,37
Ho	0,49	0,6	0,12	0,15	0,079
Er	1,47	1,79	0,38	0,36	0,21
Tm	0,16	0,2	0,068	0,061	0,034
Yb	0,98	1,14	0,3	0,3	0,19
Lu	0,13	0,12	0,049	0,046	0,028
Hf	0,83	0,86	0,58	0,41	0,54
Ta	0,19	0,17	<0.1	<0.1	<0,1
Th	2,2	2,22	0,12	1,14	1,15
U	0,3	0,23	<0.1	0,39	0,39
Sc	1,41	1,4	2,73	2,06
Ni	27,4	25,4	31,5	20,4
Cu	3,97	113	23,5	5,73
Zn	16,2	11,6	<1.0	<1.0
Pb	1,19	1,3	<1.0	8,45
ΣREE	50,63	61,84	22,40	23,15	18,67
ΣLREE	44,93	54,80	20,72	21,43	17,68
ΣHREE	5,70	7,04	1,68	1,72	0,99
Ce/Ce* SN	0,44	0,45	0,93	0,98	0,95
Eu/Eu* SN	1,40	1,18	1,37	1,60	1,43
(Pr/Yb)SN	0,89	0,87	1,21	1,15	1,49
(Nd/Yb)SN	0,97	1,01	1,23	1,23	1,58
Y/Ho мол.	123,34	122,36	52,06	48,08	57,02

 

Доломиты роговской свиты содержат низкие концентрации редкоземельных элементов (18,67–23,15 мкг/г); суммарные содержания легких редких земель составляют 17,68–21,43 мкг/г, тяжелых – до 1,7 мкг/г (табл. 8). Таким образом, наблюдается обогащение легкими редкими землями. Наблюдаются положительные аномалии европия в сравнении с составом постархейского австралийского сланца – Eu/Eu*_SN составляет от 1,37 до 1,60. Наблюдаются слабо выраженные отрицательные аномалии церия – Ce/Ce* _SN от 0,93 до 0,98 (табл. 8, рис. 12).

Рис. 12. Распределения редкоземельных элементов в карбонатных породах роговской свиты, нормализованные к составу хондрита

 

Породы изучаемой части разреза слабо обогащены силикатным кластическим материалом, о чем свидетельствуют незначительные содержания Rb (до 7 мкг/г), Zr (15,9–25,1 мкг/г), Nb (до 1,08 мкг/г), Th (0,12–1,15 мкг/г), Sr (118–177 мкг/г) (табл. 8).

В доломитах роговской свиты молярное отношение Y/Ho составляет от 48 до 57 и соответствует хондритовому [12]. Редокс-чувствительные микроэлементы, такие как молибден, ванадий и уран, присутствуют в низких концентрациях. Все концентрации Мо ниже 0,6 мкг/г, ванадия – до 25 мкг/г, концентрации урана составляют менее 0,39 мкг/г.

Карбонатные отложения роговской свиты содержат минимальное количество терригенной примеси, не превышающее 3–5%. Чаще всего это кварц, слюды, хлорит, полевые шпаты. Содержания Ti и Zr в карбонатных отложениях значительно ниже кларка для карбонатных пород (по А.А. Беусу) [13] (рис. 13).

Рис. 13. Распределения малых и редких элементов в карбонатных породах роговской свиты, нормализованные к составу примитивной мантии

                                                              

Низкие концентрации Al₂O₃, Na₂O, K₂O, Th в доломитах предполагают минимальный привнос терригенного материала в палеобассейн седиментации. Подобные количества элементов в осадке могут свидетельствовать о формировании отложений на значительном удалении от суши ниже волнового базиса в бассейне с пассивным тектоническим режимом. Содержания Sr, меньшие кларка, могут быть связаны с несколькими причинами. Для органогенных образований характерен вынос этого элемента вследствие длительного контакта с морской водой [14, 15]. Однако прямых признаков органогенного происхождения доломиты роговской свиты не несут вследствие воздействия метаморфизма возрастом около 2,07 млрд лет при коллизии мегаблоков Сарматии и Волгоуралии [16]. Кроме того, сильное снижение концентраций Sr и Na предполагает возможность процессов доломитизации при смешении морской воды с метеорными водами. Доломиты, которые образовались в таких условиях, имеют содержания Sr менее 125 мкг/г [17], что в целом согласуется с содержаниями стронция в доломитах роговской свиты.

Положительные Eu_SN аномалии (в среднем 1,39) рассматриваются как признак эпигенетического изменения карбонатных пород метасоматическими флюидами. Такие аномалии представляют собой результат воздействия морской воды и высокотемпературных (> 250 °C) гидротермальных жидкостей, что наблюдается и в других палеопротерозойских карбонатах [18]. Возникновение положительных аномалий Eu_SN не зависит от фаций, и является типичной морской характеристикой условий осадконакопления.

Исследования палеопротерозойских морских осадков показали, что интенсивный гидротермальный привнос характеризуется хондритовым Y/Ho отношением, тогда как в поверхностных водах и связанных с ними морских осадках суперхондритовое отношение Y/Ho, такое же, как в современной морской воде [12, 19]. Таким образом, учитывая близкое к хондритовому отношение Y/Ho в доломитах свиты, можно предположить присутствие гидротермального привноса, с чем связаны и положительные Eu аномалии.

Тенденции распределения редкоземельных элементов и иттрия (REE+Y), нормализованные к постархейскому австралийскому сланцу [20], также можно использовать для оценки обстановки осадконакопления в карбонатах.

Закономерности распределения REE+Y доломитов роговской свиты показывают несколько отчетливых тенденций: положительные аномалии Eu_SN, хондритовые отношения Y/Ho, с обогащением легкими редкими землями по сравнению с тяжелыми, не выраженная отрицательная аномалия Ce_SN. Подобные тенденции характерны для палеопротерозойских отложений, образованные до Великого окислительного события, за исключением аномалии Ce_SN (рис. 12).

Аномалия Ce является чувствительной к присутствию кислорода. В присутствии свободного кислорода Се может окисляться от растворимого Се³⁺ до нерастворимого Се⁴⁺. Последующее удаление нерастворимого Се⁴⁺ из морской воды приводит к отрицательной аномалии Се. Отсутствие аномалий Ce рассматривается как свидетельство осаждения карбонатов из бескислородных вод архейских океанов [21, 22].

Возможно, что небольшие отрицательные аномалии Ce_SN, наблюдаемые в доломитах роговской свиты, отражают концентрации кислорода лишь немного выше порога окисления Ce ³⁺, недостаточного для широко распространенного развития глубоко негативных аномалий Ce_SN, наблюдаемых в современной кислой морской воде [21]: то есть подобные концентрации могут отражать переходный период накануне Великого окислительного события (около 2,42–2,32 млрд. лет назад), когда мелкие воды способны к незначительному, а не распространенному окислению Ce³⁺ [9].