| |||
|
ДРЕВНИЕ ШЕЛЬФОВЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ ПАССИВНОГО КРАЯ КОНТИНЕНТА В АРРОУ КАНЬОНЕ Известняковые шельфовые (neashorecontinental) отложения многокилометровой мощности в Arrow Canyon(Hw 168) в юго-восточной Неваде свидетельсtвуют о существовании с западного края северо американского кратона пассивной континентальной границы по крайней мере с ордовика, включая каменноугольный период. Арроу Каньон обнажает обширные, циклические, хорошо-экспозированные мелководные отложения карбонатов. Ритмические каменноугольные толщи известняков представляют собой бесконечный ряд сменяющихся трансгрессий и регрессий и хранят записи циклов Миланковича (Milankovitch ). Фиксируется также переход от оранжерейного климата в средне миссисипийском периоде к поздне палеозойскому Ледниковому периоду. Слабомагнитные осадочные породы демонстрируют смену магнитной полярности и факт блуждания земного полюса. Эти особенности разреза привлекают внимание исследователей вот уже почти 50 лет. В 1996 разрез признан главным для выделения средне каменноугольной границы (точка GSSP- the Global Stratotype Section and Point) - границы Mississippian-Pennsylvanian boundary. Горизонт GSSP выполняет все требования границы стратотипа (Cowie и др., 1986) и совпадает с первым появлением конодонта Declinognathodus noduliferus s. l., признанного реперным видом этого времени. Разделение каменноугольных пластов на две части также диктуется наблюдаемым изменением климата в позднем палеозое. Общая структура разреза следующая: Девять пластов песчаника, имеющих мощность от 10см до 4 м характеризуют верхнюю половину поздне девонской Arrow Canyon формации. Этот песчаник составлен из хорошо-сортированного, округлого зерна кварца. Сортированные похожим образом известковые шарики присутствуют в части песчаника и очевидно представляют доминирующие здесь карбонатные породы. Подобные песчаники обычны в восточной части Большого Бассейна по восточной границе миогеосинклинали (древнего шельфа) с главной концентрацией в области Большого Соленого озера. Следы течений в Арроу Каньоне указывают преобладающее движение осадка к юго-западу по геосинклинальному краю. Окружающая среда - относительно тихая вода, но с отложениями из области более интенсивного волнения. Более одного километра мощности занимают средне миссисипианские – нижне пермские страты, фиксирующие изменение в литологии и фациях от тропических (миссисипианские известняки) с малыми эвстатическими колебаниями (формации Visean Yellowpine и Battleship Wash) с переходом к смеси из тепловодных (photozoan) до холодноводных (heterozoan) фаций известняков пермско- пенсильванской части Bird Spring формации с высокой амплитудой эвстатических колебаний в течение ледникового периода. Пермские отложения демонстрируют богатейшее разнообразие криноидов (описано 62 вида). Поздне палеозойский Ледниковый период (LPIA) охватил ~100 Mу, в течение которого пласты льда покрыли южную Гондвану. LPIA состоял из нескольких ледниковых эпох, чередующихся с оранжерейным климатом и Арроу Каньон хорошо документирует эти переходы от нижне Visean оранжерейного климата к верхне Visean-Serpukhovian ледниковому климату. Этот переход выражени и в стратиграфии, и в карстинге каньона. Гляцио-эвстатическая и климатологическая ситуация в Каньоне записана ближе к границе Meramecian-Chesterian. Начальная гляциация (первые 1-2 Му) были низкоамплитудной (изменение уровня моря было менее 15 м) и сопровождалась в верхнем Visean более высокими колебаниями, которые неоднократно подвергали шельф затоплениям и суб-волновой деятельности. Относительно крупные колебания уровня моря продолжались в мировом масштабе в период Serpukhovian и Bashkirian времени. Подобные явления записаны в обнажениях Великобритании и США, среднеконтинентальные части этих стран документируют начало гляцио-эвстатических колебаний в течение верхне Visean времени. Однако распределение индикаторов климата предлагает, что в течение этого перехода западная часть экваториальной Пангеи находилась в климатической зоне от суб-гумидной до суб-аридной. Сравнения фаций фораминифер шельфовых формирований Арроу Каньона с циклами Миланковича позволяет отметить повышения и падения морского уровня в течение ~1.8 миллионов лет поздне палеозойского Ледникового периода. Изучены точки максимальной регрессии в пределах каждого цикла, отмеченные литологией глин wackestone как самой глубоководной фации и packstone как самой мелководной. Эти две точки фиксируют изменение трофической цепи в питательном потоке и уровень биомассы, который может быть высокоэнергетичным и низкоэнергетичным. В свою очередь органика увеличит количество захороненного 12С. Это соответствие предлагает связь между углеродистым циклом и ледниково-межледниковыми циклами в жестком переплете с циклами Миланковича, что подтверждается структурой ранне пенсильванских брахиопод в формации Bird Spring (к примеру плотность брахиопод на одном квадратном метре - 2000 экземпляров, принадлежащих 17 родам в точке GSSP). КАМЕННОУГОЛЬНЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ Арроу Каньон расположен в юго-западной части региона B&R с его многократно параллельными горными цепями блочно-разломного типа (block-faulted mountain ranges), отделенными межгорными бассейнами. Из-за этой специфической топографии эти отложения почти полностью обнажены и относительно не искаженные страты могут быть прослеженына на многие километры с севера на юг в блоке разломов. В течение каменноугольного периода шельфовая (nearshorecontinental) секция Арроу Каньона, прослеженная от южной Калифорнии до арктической Аляски, находилась рядом с палеоэкватором в периферийном к кратону (pericratonic) тропическом и субтропическом фарватере. На западе располагалась глубокая океаническая котловина Antler Foreland Basin, отделяемая шельфовым краем пассивной границы шириной в 75 км от расположенного на востоке кратона. Границы шельфовых отложений и смежные страты полностью обнажены в Каньоне и могут быть прослежены на многие километры. Последовательности известняков содержат следы многочисленных трансгрессий и регрессий. Самые ранние миссисипианские формации, обнаженные в Каньоне (Visean Yellowpine и Battleship Wash) состоят из мелких эксинодерм (echinoderm) – отложений приливной зоне. Это фенестральные карбонаты (fenestral). Начальный горизонт - приливно-отливные известняки границы Meramecian-Chesterian (средина Visean). Контакт формаций Battleship Wash (верхний Visean) и Indian Springs (Serpukhovian) является стратиграфическим несогласием.на подприливно-отливных известняках; на многих участках здесь развит карстинг. Верхняя поверхность формации Battleship Wash содержит выбоины и трещины до 30 см глубиной с остатками болотистого леса (lycopsid). Корни этих деревьев диаметром в 50 см обычны на этой поверхности, они исходят на несколько метров от центрального пункта. Пни (stumps), rhizoliths и фрагменты стеблей растений суши (lycopods) характерны на этой поверхности. Формация формирует утес из мелководных отложений известняка возраста от Meramecian до нижнего Chesterian (поздний Visean) на краю карбонатного шельфа. Последовательность содержит богатую фауну, включая морщинистый коралл (rugose coral biostrome) и богатейшее разнообразие криноидов. Перекрывающая формация Indian Springs, сильно авыветрелая в настоящее время, хранит следы осадконакопления в краевом море, такие как останки брахиопод/Orbiculoidea/ (the inarticulate brachiopod), а также не морские осадки, включая палеопочвы. Повторяющиеся ряды силикакласт (siliciclastic influxes) обычны на подприливно-отливных карбонатах . Обильное включение палеопочв (vertisols, argillisols, spodosols, и protocols) запечатлило колебание климата от суб-аридного до суб-гумидного. В более низкой части формация Indian Springs состоит из черных морских сланцев и бледно красного до зеленовато серого глинистого сланца и разнообразных включений сланцев pedogenic mudstones со скелетным известняком, морским и речным песчаником с незначительной примесью конгломератов. Пропорция известняка увеличиваются вверх, а включения мелкозернистого силикакластического материала уменьшаются. Подприливно-отливные горизонты продолжаются в башкирской (Bashkirian) серии, лежащей непосредственно в формации Bird Spring. Формация Bird Spring лежит над формацией Indian Springs и включает известняк с подчиненным количеством глинистого сланца, песчаника и доломита. Граница формаций – уровень, выше которого известняк является главным типом пород. Стратиграфический интервал в 615 м, принадлежащий нижней и средней группе Bird Spring и в пределах от нижней Morrowan до верхней Missourian групп представляет хорошо исследованные циклические отложения шельфового известняка. Обильные диагенетические (diagenetic) ряды кремниевых конкреций (chert nodules) присутствуют здесь всюду с вариацией размеров и морфологии, включая "Cannonball chert bed" поздней пенсильвании (Kasimovian-Gzhelian) возраста. Последовательность содержит богатую фауну, включая обилие брахиопод, bryozoans, crinoids, и других окаменелостей.На этом отрезке разреза выделяют 11 микрофаций в порядке уменьшения относительной глубины отложений: чистый calcisiltite (микрофация 0), calcisiltite с рассеянным органическим дебризом (микрофации 1-2), с зернами biocalcarenite в матрице из calcisiltite в микрофации 3, биокалькаренитовые зерна с ясным цементом кальцита (микрофация 4), и поддержанный зерном oolitic biocalcarenite с ясным цементом кальцита (микрофация 5). Микрофации, определяемые как 0a, 1a, 2a, 3a и 4a – обломочные, богатые кварцем эквиваленты микрофаций от 0 до 4, включающие кластические фрагменты кроноидов, оолитов, фекалии, водоросли и обломочный кварц; часто присутствуют фрагменты брахиопод и bryozoans, ostracodes, calcispheres, фораминифер песчаной бентонической зоны и пирит. Существует стратиграфическая колонка этих отложений и батиметрическая карта колебаний уровня моря с признанными 78 полными циклами. Все эти циклы представляют только три фундаментальных цикла. Два из них , состоящие из 46 циклов, характеризуют Morrowan с его нарушениями в ритме цикличности. Массовый приток тонко-обломочного кварца в этой серии совпадает с самой глубокой стадией трансгрессии. Третий тип идеального цикла (32 цикла) типичен для интервала Atokan-DesMoinesian-Missourian. Он указывает на постепенную регрессию. ГРАНИЦА GSSP Внутрикарбоновая граница между миссисипийской и пенсильванийской толщами расположена на высоте 82.90 м над кровлей формации Battleship Wash в нижней Bird Spring формации и связана с первым появлением конодонтов. Граничный горизонт GSSP лежить в известняках shallow neritic sedimentation и помечен образцом 61В. Этот горизонт и вся биостратиграфическая последовательность шельфа здесь представлена значительно лучше, чем в классическом обнажени в Европе (Namurian Outcrop). К тому же у Великобритании недостаток с окаменелостями unicornis и noduliferusprimus в зоне конодонтов в Edale и Stonehead, что указывает на перерыв в осадконакоплении в пределах Британского аммонитоидного эквивалента в переходе к unicornis через noduliferus-primus conodont зоны, а это уменьшает значение разреза. Таким образом, Арроу Каньон стал базовым разрезом для стандартизации каменноугольной хронологии во всем мире. Доступ для изучения этой точки неограничен. Конодонт выбран как всемирный маркер пенсильванской границы, потому что он является космополитическим видом, встречающимся в изобилии в большинстве морей и облегчает разделение глубоководных и мелководных сред, а также карбонатных и обломочных фаций. Его полезность для межконтинентальной корреляции закреплена в Мадриде в 1983г. Соперником конодонта за мировой маркер некоторое время были Adetognathus lautus и Adetognathus unicornis . Средне каменноугольная граница Арроу Каньона составлена из многочисленных отложений ледникового типа (гляцио-эвстатических) и мелководных, трансгрессивно-регрессивных рядов. Граница создается в пределах продолжающегося отложения мелководных осадков и здесь представлены две ключевые шельфовые (basinal) секции с аммоноидной (ammonoid) фауной. ЛИТОСТРАТИГРАФИЯ Нижняя часть формации Bird Spring, содержащая граничный горизонт, состоит из трансгрессивно-регрессивных последовательностей. Пять из этих последовательностей расположены близко к границе. Это отложения открытой морской воды, оффшорного мелководья (shallow-neritic до lower intertidal settings) в приливной зоне заливов и подветренной стороны. Мелководье или барьерные острова богаты ооидами (ooids), характерными для пляжей очень высокой энергии. Выше погодной волны находится приливно-отливная зона, формировавшая косую слоистость (crossbedding). Красные морские водоросли существенно более обильны чем зеленые (green codiacian algae), отсюда следует, что большинтво grainstone и packstone рождены в умеренных водных глубинах (средняя часть зоны euphotic). Перекрытые стратифицированным песчаником единицы имеют прибрежный (shoreface) характер. Верхние части отложений в районе GSSP, главным образом известковые wackestone и packstone, показывают lower energy settings (много фораминифер, гастропод, морских водорослей и cortoids). Еще выше разрез обогащен оодами, сохраненными в скелетной извести wackestone. Большинство оод развивается в водоемах высокой энергии в водных глубинах меньше чем 2 м, но они могут встречаться и до глубин в 15 м на пляжах высокой энергии, мелководье или приливно-отливном канале, поэтому логически следует вывод о мелководной среде отложения осадков. Эти единицы гранулированы палеопочвой (paleosol). Многочисленные фации палеопочв (nodular- granular peds, pedogenic breccias, argillic cutans, root channels и rhizocretions) свидетельствуют об обширной глеизации (gleization), а отсутствие первичной осадочной структуры –болотистое (pedogenic) происхождение единицы, что укреплено присутствием диссолюций (dissolution ) –наличием мелких карстовых особенностей (rundkarren), которые развиваются под почвой и заполняются песком при размыве почвенного слоя. Обширная глеизация зарегистрирована зеленоватым-серым цветом фаций на остатках из палево красных отложений. При исследовании тонкой секции обнаружено наличие карбонатных конкреций морского известняка с микроокаменелостями, а не на месте (insitu) осажденного из плазмы почвы карбоната, производящего глобулы. Однако верхние почвы все же демонстрируют такое осаждение. Большинство палеопочв включает только нижнюю часть горизонта C (из профиля в A, B и C), остальные почвенные слои разрушены. Стратиграфическое отношение конгломератных фаций к палеопочвам указывает на наличие приливной зоны. СТРАТИГРАФИЯ В районе миссисипийско-персилванской границы определено несколько типов последовательностей. Отмечено, что нижние границы трансгрессивно-регрессивных последовательностей развиты на субвоздушных поверхностях эрозии (вершины почв). TST (transgressive systems tracts) нельзя дифференцировать от более низкой части регрессивных систем (RST), потому что максимум затопляющей поверхности ясно не развит, но в последовательности, которая содержит границу стратотипа, вершина TST помещена в переход от pelmatozoan lime grainstone к mixed-skeletal lime grainstone и перекрывающему brachiopod lime packstone - wackestone (TST/RST переход). Эта граница опознаваема по всей Северной Америке, однако в Арроу Каньоне имеется несогласие между последовательностями прямо около границы, есть пауза короткой продолжительности, хотя соседние горизонты и лежат в пределах одной зоны noduliferus-primus conodont: здесь документируется береговая линия с приливной зоной (supratidal facies) и конгломератом между граничными 8.63 и 8.90 м. Точно так же верхние и нижние слои, включающие границу, делают запись береговых линий, но испытывают недостаток в характеристике высоко-приливной-зоны с литофациями peritidal-supratidal (fenestral cryptalgal laminites, evaporites, водорослевых известняковых wackestone, отложениях stromatolitic). Палепочвы развиты на обнаженных морских известняках и содержатся в разрезе как литореликт. Отсутствие карбонатов высоко-приливной-зоны демонстрирует запись принудительных регрессов, следующих за быстрыми эвстатическими колебаниями от оледенения в Гондване. БИОТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРАНИЦЫ Conodonts Из-за его синхронного появления на всех шельфах в бассейновых фациях во всем мире, Declinognathodus noduliferus s. l. был признан ведущим маркером стратиграфической границы средне каменноугольного периода. Foraminifers Приграничные пласты содержат обильную сборку фораминифер, где господствуют eosigmoilines Eosigmoilina robertsoni и Brenckleina rugosa. Эти две разновидности –индикаторы самого позднего миссисипианского времени, но они исчезли только в образцах 62 и 63 чуть выше GSSP границы появления конодонта. Эти же самые отношения отмечены в Айдахо и на Аляске. Globivalvulina bulloides( ответвление от Biseriella parv), появляется выше границы в образце 67, хотя в Японии (Mizuno и Ueno, 1997), арктической Аляске, Пиренеях и возможно Донецком угольном бассейне эта фораминифера появляется немного ниже границы. Поэтому, хотя G. bulloides - полезный маркер, она маркирует лишь приблизительную границу. Millerella pressa и M. marblensis появляются соответственно в образцах 83 и 85 (8.75 и на 9.75 метров выше GSSP). Они, вероятно, развились от примитивной Millerella, которая сначала появилась в поздне миссисипианское время. Cephalopods Webster & Lane (1967) фиксировали возникновение аммоноидов в Арроу Каньоне и близлежащих секциях в нижележащих породах поздне миссисипианской серии. Палинология Пыльца и споры не обнаружены ни в одном из siliciclastic образцов, но их отсутствие скорее всего вызвано окислением в условиях сегодняшней пустыни. Буровая скважина (Texaco Federal No. 1, SEC. 18-T12SR65E, Lincoln Co., Nevada) в 15 км к северу от Арроу Каньона установила палиноморфию всюду в пределах формаций Indian Springs-нижний Bird Spring и эта важная группа окаменелостей калибрована и в граничной секции. Брахиоподы Брахиоподы очень полезны для очерчивания границы. Gordon et al. (1982) отметили четыре географически отличных последовательности брахиоподы в пределах Соединенных Штатов. В Большом Бассейне, и Арроу Каньоне выделяется зона Rhipidomella nevadensis поздне миссисипианского возраста, захватывающая и средне карбоновую границу GSSP, где над ней лежит зона Rugoclostus ранне пенсильванского возраста. Верхняя зона Rhipidomella nevadensis широко использовалась ранее картографами USGS для маркировки границы миссисипи-пенсильвании локально, в пределах Большого Бассейна. Источники | |||
| Напишите мне |
