Строение и история развития литосферы

Коллектив авторов

1. Введение

Авторы обладали опытом экспедиционных работ на Крайнем севере Евразии и островах Северного Ледовитого океана и располагали сведениями по указанной в названии статьи теме и до начала Международного полярного года (МПГ 2007–2008 гг.). Однако в связи с МПГ и в течение последних трех лет нам удалось провести наземные исследования, собрать материал на ряде ранее не изученных территорий и разрезах и провести их анализ, позволивший дать обобщенную картину, соответствующую современному уровню знаний не только о мезозое Северной Евразии, но и Арктики в целом.

В работе после краткой характеристики мезозоя Российской Арктики и сведений о районах работ последовательно рассмотрены стратиграфия (по ярусам), палеобиогеография, палеогеография и климат бореального мезозоя.

Мезозойские отложения покрывают большую часть Евразийской территории Арктики, включая острова и шельф Северного Ледовитого океана. Они представлены преимущественно морскими терригенными осадками, формировавшимися как на крупных стабильных сегментах коры (платформах и приплатформенных прогибах), так и в подвижных поясах. Толщина мезозойских отложений достигает 10 км. В мезозое Северной Евразии выделены все три системы и все ярусы Международной стратиграфической шкалы (МСШ). Бореальная мезозойская эратема разделена почти на 160 зон по аммонитам. Достигнута хорошая корреляция ярусов со стандартами МСШ.

Триасовые отложения очень широко распространены на Северо-Востоке Азии от Восточного Таймыра до восточных частей Чукотки. Они сложены

почти исключительно терригенными породами – песчаниками, алевролитами, аргиллитами, с общим преобладанием алевролитов. Карбонатные (известняки преобладают только в нижнеоленекском подъярусе) и вулканогенно-осадочные (главным образом на востоке рассматриваемого региона, в пределах Пенжинской, Корякской и Алазейской зон) породы распространены ограниченно. Суммарная мощность отложений в разных структурно-фациальных зонах колеблется от нескольких сотен метров до нескольких километров (Дагис и др., 1979). В составе триаса выделены все отделы (три) и все ярусы (7) Международной стратиграфической шкалы (МСШ): индский, оленекский, анизийский, ладинский, карнийский, норийский и рэтский. Зональная шкала бореального триаса насчитывает 36 зон по аммоноидеям и 20 зон по двустворчатым моллюскам (Захаров и др., 1997; Ермакова, 2002). Бореальный аммонитовый стандарт достаточно надежно коррелируются с тетическим. Таким образом, стратиграфия триасовой системы разработана вполне удовлетворительно. В соответствии с существующим палеогеодинамическими представлениями на территории Арктики в течение триаса существовал бассейн океанического типа, простиравшийся в виде залива Северной Пацифики до современного Свальбарда. Свидетельства глубоководных образований этого бассейна сохранились в виде полосы офиолитов, прослеживаемой от восточных частей Чукотки до Новосибирских островов. Относительно глубоководные отложения (кремнистые сланцы и аргиллиты) известны вдоль восточной и северной окраин Чукотки. Бореальный облик сибирской фауны и резкое преобладание терригенных осадков указывают на относительно прохладный климат в течение, по крайней мере, среднего и позднего триаса. В раннем триасе, судя по присутствию теплолюбивых пресмыкающихся, моллюсков и растений, климат был наиболее теплым за всю историю мезозоя (Курушин, Захаров, 1995). На палеогеографических картах прошлого века моря триасового периода покрывали большую часть заполярных и приполярных территорий. Многие сиалические блоки показаны островами, которые служили источниками сноса. Экзотическими рассматривались лишь несколько микроплит небольшого размера в Корякии (Бычков, Чехов, 1979). Возможно, что некоторые континентальные блоки на территории современной Чукотки, Корякии и Колымского массива являются также инородными. Дальнейшие исследования помогут оценить достоверность этой гипотезы.

Морские юрские отложения распространены значительно шире триасовых. Помимо Северо-Востока Азии они покрывают несколько млн. км² к западу от Верхоянья в Восточной и Западной Сибири за Уралом в Тимано-Уральской области, а также шельф и острова в акватории Северного Ледовитого океана. Они представлены почти исключительно терригенными отложениями: песчаниками, алевролитами, аргиллитами. Карбонатные породы встречаются лишь в виде конкреционных прослоев. Чистые известняки отсутствуют. Осадочно-вулканогенные породы известны только на крайнем северо-востоке (Палеогеография севера…, 1983; Захаров и др., 1984). Мощность юрских отложений зависит от условий их формирования и колеблется от первых километров на окраинах Восточно-Европейской, Западно-Сибирской и Восточно-Сибирской платформ до многих километров в подвижных зонах северо-востока Азии (Стратиграфия…, 1976). Юрская система на севере России разделена на три отдела и 11 ярусов, соответствующих всем ярусам МСШ: нижнеюрский отдел (геттангский, синемюрский, плинсбахский и тоарский ярусы), среднеюрский отдел (ааленский, байосский, батский и келловейский ярусы), верхнеюрский отдел (оксфордский, кимериджский и волжский ярусы). Бореальный зональный стандарт юры, в значительной степени основанный на разрезах России) насчитывает 70 зон по аммонитам, 36 зон и слоев по двустворчатым моллюскам, выделено более 40 зон и слоев с фораминиферами, около 20 – с остракодами и более 10 слоев и зон установлено по белемнитам (Захаров и др., 1997, 2005). Значительные стратиграфические интервалы бореального зонального аммонитового стандарта хорошо коррелируются с тетическим. Однако до сих пор существуют трудности в позонной корреляции нижнего плинсбаха нижней юры, большей части средней юры и волжского яруса верхней (Захаров и др., 1984). Особенно актуальна проблема терминального волжского яруса. Существует мнение о необходимости его расчленения и помещения верхневолжского подъяруса в меловую систему, закрепленное в постановлениях МСК России (Жамойда, Прозоровская, 1997). Результаты изучения стратиграфии пограничных отложений юры и мела на Русской плите и магнитостратиграфические данные заставляют усомниться в подобном мнении (Захаров, 2003; Митта, 2005; Хоша и др., 2007; Захаров, Рогов, 2008 б). Юрские отложения по арктической окраине Европейской части России и северу Западной и Восточной Сибири формировались на окраине арктического бассейна в относительно мелководных (от нескольких десятков до нескольких сотен метров глубиной) эпиконтинентальных морях (Палеогеография севера…, 1983). Источниками сноса были суши на юге, Уральский полуостров на востоке и западе, а также острова на севере. Характерной особенностью юрских толщ является широкое распространение черносланцевых пород в тоаре, кимеридже и волжском ярусе. Они считаются нефтематеринскими (Баженовский горизонт…, 1986; Стратиграфия нефтегазоносных…, 2000). На формирование осадков на северо-востоке существенное влияние оказывал залив океанического типа, заходивший в Арктику со стороны Северной Пацифики (Захаров и др., 2002). Точное географическое положение этого залива и его океанические параметры не обозначены до сих пор. Определены контуры границы моря и суши, ландшафты суши и морей, реконструированы абсолютные показатели палеобатиметрии внутренних бассейнов, восстановлены основные факторы среды осадконакопления и существования фауны: температура, соленость, гидродинамика, газовый режим. Климат в арктической ойкумене приближался к квазисубтропическому: засушливому на юге и умеренно-влажному на севере. Проблемным остается время и место существования меридиональных и субширотных проливов, соединявших бореальные и тетические моря, среднерусское и сибирское море. Одной из трудно решаемых остается проблема флуктуаций климата: амплитуда тепла и осадков на суше.

Меловые отложения на территории Северной Евразии распространены столь же широко, как и юрские, хотя по площади морских осадков на востоке территории они уступают юрским. Меловые, как и юрские, отложения представлены главным образом терригенными породами: песчаниками (песками), алевролитами (алевритами) и аргиллитами (глинами). Важную роль в верхнем мелу играют кремнистые отложения, такие как опоковидные глины (кампан) в Западной Сибири. Мощность отложений в наиболее полных разрезах на севере Западной Сибири достигает 3 км. В меловой системе Сибири выделяются три крупных стратиграфических этажа, имеющие глубокие отличия практически по всем седиментационно – генетическим и палеонтологическим характеристикам. Это морской нижний мел (берриас – готерив, в Восточной Сибири только нижний готерив), тесно связанный с предшествующим позднеюрским отделом;

преимущественно озерно-континентальный угленосный и лагунно-морской «средний» мел (в Западной Сибири – баррем – средний сеноман) и преимущественно морской верхний мел (верхний сеноман – верхний маастрихт), который в континентальных и реже полуморских отложениях верхнемаастрихтского возраста близок к вышележащему палеогену (Захаров, Хлонова, 1984). В итоге два крупных этапа морского осадконакопления (неоком и верхний мел) оказались разобщенными длительным периодом преобладающего озерно-континентального и лагунно-морского угленосного осадконакопления. Поскольку основные месторождения каустобиолитов в Сибири связаны с отложениями морского генезиса, они оказались значительно лучше изученными по сравнении с континентальными. В стратиграфических схемах указаны все ярусы и МСШ, которые, однако, не всегда обоснованы биостратиграфически. Наиболее полно и детально разработана нижнемеловая (нижненеокомская) шкала. Рязанский (берриасский), валанжинский и готеривский ярусы разделены на подъярусы и аммонитовые зоны, которые позволяют провести удовлетворительную корреляцию с восточноевропейским и отчасти западносредиземноморским стандартом. Имеются параллельные зональные шкалы по основным группам макро– и микрофауны (белемнитам, двустворкам, фораминиферам), микрофлоре (динофлагеллатам), спорам и пыльце. Вышележащие ярусы: барремский, аптский, альбский и сеноманский датированы на основании сопоставления отдельных реперных уровней с морской фауной. Соотношение их стратиграфических объемов со стандартами МСШ остается неопределенным. Верхнемеловые северосибирские ярусы: туронский, коньякский, сантонский установлены путем корреляции зон по иноцерамам с западноевропейскими стандартами. Кампанский и маастрихтский ярусы определены по находкам ортоконических раковин аммонитов рода Baculites и путем корреляции с западноевропейскими и североамериканскими разрезами этих ярусов по фораминиферам и диноцистам (Захаров и др., 1986, 1989; Захаров, Бейзель, Похиалайнен, 1989). Морские осадки мелового возраста формировались в пределах относительно мелководных бассейнов, продолжавших существовать с юрского периода. Составлены повековые мелкомасштабные палеогеографические карты для всего севера России (Месежников и др., 1971). Следует иметь ввиду, что в породах мелового возраста сосредоточена большая часть нефти (неоком) и газа (сеноман). В Западной Сибири и на шельфе Карского и Баренцевоморского морей в основании разреза залегает нефтематеринская баженовская свита. В верхнем мелу выделяется черносланцевый кузнецовский горизонт (конечно-сеноманского – раннетуронского возраста), покрывающий большую часть Западной Сибири и выполняющий роль покрышки для углеводородов. По этой причине меловые отложения изучаются наиболее интенсивно, хотя не все стратиграфические интервалы удовлетворяют требованиям современной практики. Дальнейшие исследования в стратиграфии меловых отложений должны идти в направлении детализации существующих биостратиграфических шкал (инфразональный уровень) и их интеграции с данными лито-, цикло-, сейсмостратиграфиии, ГИС и других методов стратиграфии. Конечным итогом этих исследований должна явиться интегрированная стратиграфическая шкала и региональная корреляционная схема, отражающая подробную геологическую историю бассейна седиментации мелового периода.

2. Районы работ, цели и задачи

Район работ охватывал полярные и приполярные территории Евразии от архипелага островов Шпицбергена до архипелага Новосибирских островов. Ключевыми участками, на которых в течение 4-х лет, в том числе в летние периоды МПГ, были проведены полевые работы, явились геологические разрезы верхнего триаса, верхней юры и нижнего мела на о. Западный Шпицберген (бухта Агард, г. Миклегард), триаса на о. Котельный, верхней юры и нижнего мела на о. Столбовой (архипелаг Новосибирские острова), басс. р. Хеты, пол-ве Нордвик и низовьев р. Лены (Чекуровская антиклиналь), средней юры на р. Адзьва (Печорское Заполярное Приуралье), Северо-Восточном Таймыре (мыс Цветкова) и Анабарской губе. Помимо материала из естественных выходов, для решения многих задач нами широко привлекались данные по кернам глубоких скважин, пройденных на Баренцевоморском шельфе (включая норвежские территории), на севере Западной Сибири в районе пол-ва Ямал, на шельфовом склоне Северной Аляски и мелких скважин, пробуренных во время геолого-съемочных работ на Новосибирских островах (Б. и М. Ляховских). Важность данных по скважинам может быть проиллюстрирована на примере альбского яруса: разрезы, макро– и микрофоссилии этого яруса были полностью описаны по шламу и керну скважин. Естественные выходы пород альбского яруса морского генезиса в пределах Западной Сибири пока не обнаружены.

Главными целями авторы считали:

1. Разработку детальной схемы корреляции мезозойского чехла окружающих Северный Ледовитый океан впадин, островов и шельфа и, прежде всего, верхнего триаса, юры, нижнего мела – стратиграфических интервалов, богатых нефтью и газом на прибрежных территориях и арктическом и периарктическом шельфе в Европейской и Азиатской части России;

2. Реконструкцию физико-географической (палеогеографической), гидрологической и климатической ситуации по палеонтологическим и седиментологическим данным на территории Арктики в мезозое;

3. Установление корреляции событий разной природы: биосферной, геодинамической, эвстатической и климатической. Следствием междисциплинарного анализа явился вклад в палеогеографические реконструкции Арктики и Субарктики, включая реконструкцию центрального палеобассейна (?палеоокеана) в триасовом, юрском и меловом периодах.

Для реализации поставленных выше целей были сформулированы конкретные задачи проекта, в перечень которых вошли междисциплинарные исследования геологических разрезов в пределах Арктики и Субарктики в полевых условиях с детальным описанием и сбором ископаемых остатков организмов и вещества мезозойских осадочных толщ, преимущественно, морского генезиса, с постановкой геохимических, седиментационных и магнитостратиграфических полевых и лабораторных работ. Основные результаты экспедиционных работ заключаются в сборе по единой методике оригинального материала с высокой, не достигнутой предшественниками степенью детальности наблюдения, коллекционирования и последующего анализа в лабораториях. В 2008–2009 гг. совместно с геологами из Санкт-Петербурга проводились литолого-стратиграфические работы в басс. р. Хеты (р. Боярка), в устье р. Анабар, на Северо-Восточном Таймыре (мыс Цветкова) и низовьях р. Лены (Чекуровская антиклиналь). Изученные разрезы были детально описаны и опробованы на микрофауну, собраны коллекции макроокаменелостей и образцы для магнитостратиграфических исследований.

Ключевыми участками, на которых проводились наземные экспедиционные исследования, являлись геологические разрезы верхнего триаса, верхней юры и нижнего мела на о. Западный Шпицберген (бухта Агард, г. Миклегард), о. Котельный, о. Столбовой (архипелаг Новосибирские острова), Анабарской губе, басс. р. Хеты, Восточном Таймыре (мыс Цветкова), пол-ве Нордвик, средней юры на р. Адзьва (Печорское Заполярное Приуралье) и нижнем течении р. Лены (рис. 1).

Рис. 1. Расположение разрезов, изученных в течение Международного полярного года (черные кружки) и разрезов, данные по которым получены в предшествующие годы (белые кружки).

3. Стратиграфия

3.1. Триасовая система

Триасовые отложения широко распространены в пределах Северо-Востока Азии. В этом регионе выделяется ряд структурно-фациальных областей с различными типами разрезов триаса: платформенными (Лено-Анабарская и Новосибирская), субплатформенными (Омолонская, Охотская, Омулевская) и геосинклинальными (Верхоянская, Яно-Колымская, Кони-Тайгоносская, Корякская и другие) (Дагис и др., 1979).