Изучение палеоэкосистем позднего палеозоя - раннего мезозоя

краткий отчет по первой производственной практике на 4 курсе геологического факультета Саратовского госуниверситета

кафедра геоэкологии

авторы отчета Э. Мамзурин, А. Бутырин

Руководитель производственной практики: доцент кафедры геоэкология М. В. Сурков.

Руководитель экспедиции: доктор г.м. наук В. П. Твердохлебов

Первая производственная практика проходила в Оренбургской области в составе российско-британской экспедиции в рамках научно-исследовательского проекта посвещенному изучению глобальных климатических изменений на рубеже позднего палеозоя - мезозоя. Проект осуществляется в НИИ Геологии СГУ и поддержан грантами Министерства образования Российской федерации (02-9.0-25), Российского фонда фундаментальных исследований (04-05-64695) и National Geographic (7469-03). Отчет написан по результатам личных наблюдений во время практики, использованы фотоматериалы из фотографической базы данных составленной всеми участниками экспедиции. Мы очень благодарны В. П. Твердохлебову и М.В. Суркову за консультации о природе геологических процессов. Интернет версия отчета была подготовлена совместными усилиями Э. Мамзурина и М. В. Суркова. Все отобранные во время практики образцы пород были переданы в музей кафедры Геоэкология.

Карта района работ

Маршрут N 1. ГОРА САМБУЛА. Типовой разрез пермотриасовых отложений.

Маршрут N 2. ВЕРХНЕОЗЕРНЫЙ - ГИРЬЯЛ - ТАТАРСКИЙ САРАКТАШ - р. САКМАРА БЛИЗ УСТЬЯ БОЛЬШОГО ИКА. Пролювиальные конуса выноса нижнего триаса.

Маршрут N 3. ТУЕМБЕТКА. Палеопочвы пермского возраста.

Маршрут N 4. КАРЬЕРЫ У с. ЧУЛОШНИКОВ. Верхнепермские пролювиальные образования.

Маршрут N 5. овр. ВЯЗОВКА- р.ГРЯЗНУШКА. Типовой разрез пермотриасовых отложений

Маршрут N 6. овр. КОРОЛЬКИ. Типовой разрез пермотриасовых отложений

Маршрут N 7. БОЕВАЯ ГОРА. Макушка диапировой структуры.

Маршрут N 8. овр. КАМЕННАЯ ЯРУГА. Типовой разрез нижненетриасовых отложений

Маршрут N 9. УСТЬЕ р. ТОК - КАРЬЕРЫ ВДОЛЬ ДОРОГИ БУЗУЛУК-ГРАЧЕВКА. Типовой разрез пермотриасовых отложений.

Маршрут N 10. пос. ЕЛШАНКА. Эоловые отложения нижнего триаса.

Маршрут N 11. овр. ТУПИКОВКА. Разрез нижнего триаса.

УНИКАЛЬНАЯ НАХОДКА ЭКСПЕДИЦИИ - СЛЕДЫ КРУПНЫХ НАЗЕМНЫХ ПОЗВОНОЧНЫХ.

Маршрут 1. Гора Самбула.
Обнажение расположено на правом берегу р.Сакмара, в 500м к северу от ее русла, на крутом склоне куэстообразной горы Самбула. Обнажение можно условно разделить на две части: нижняя часть представляет собой переслаивание охристых верхнепермских глин с прослоями вторичного известкового материала в иллювиальном горизонте палеопочв, именуемыми каличе (Твердохлебов, 2001); в верхней части уступом выделяются нижнетриасовые конгломераты - остатки древних гигантских конусов выноса с Уральских гор
Исследование разреза проводилось снизу вверх, пермская толща представляет собой, как уже было отмечено выше переслаивание охристых глин с алевритистым материалом и прослоев каличе, который является частью палеопочвы и соответствует, так называемому горизонту "В" современных почв, в этой толще иногда встречаются прослои конгломератов (обр.№15). Каждый ритм начинается отложениями равнинного пролювия-глинисто-алевритистая пачка,сменяемого кверху илювиальным горизонтом-каличе. Следует отметить, что около 90% ритма накапливалось мгновенно, а на формирование прослоя каличе мощностью до 1м требуется до 100000 лет, так как процессы почвообразования всегда длительны. На протяжении всего разреза были встречены различные виды каличе :
1 каличеобразные желваки (обр.№11),
2 несформировавшийся каличе (обр.№5),
3 тонкие прослои каличе (обр.№13),
4 мощные прослои каличе (обр.№8).
Интересно заметить, что определенный вид каличе соответствует определенным палеогеографическим условиям периода ее формирования. Желваковая стадия является предварительным этапом, когда каличе, как таковая, в виде прослоя еще не образовалась, а сформировались лишь отдельные желвачки. На начальной же стадии прослой каличе довольно тонок (несколько см-первые десятки см) и часто по составу обогащен материалом материнской породы, в данном случае охристой глины. И, наконец, при длительном перерыве осадконакопления, и вместе с этим при наличии достаточно зрелой почвы, успевает образоваться более выдержанный и мощный прослой (до 1-2м), мощность которого будет расти вплоть до прихода следующего водного потока. Взяты образцы из разных уровней одного горизонта каличе, с целью проиллюстрировать развитие каличе, на примере отдельно взятого горизонта (обр.№17,№ 18,№ 19) . В отдельных прослоях каличе встречен зеленоватый минерал-малахит (обр.№3). Образование малахита в данном случае явно связанно с органикой - попадание в водный поток валунов-окатышей почвы, обогащенных органическим материалом, приводит к тому, что уже в процессе седиментогенеза на границе этих окатышей кислород поглощается микроорганизмами, при этом возникает восстановительная среда на границе которой возникает геохимический барьер (обр.№7), который в некоторых случаях способствует осаждению малахита. Также были встречены остатки окаменевшей древесины (обр.№1), прослои эвапоритовых известняков (обр.№9). Интересно, что по мере движения вверх по разрезу прослои каличе становятся все выдержаннее и мощнее, тогда, как в самой нижней части обнажения прослои каличе по мощности не более 10-20см , то уже в 10м от границы Р-Т они достигают по мощности 50см-100см в 10м от границы Р-Т.
Пермские толщи перекрываются конгломератами нижнетриасового возраста, причем граница достаточно четкая и подстилающая поверхность глин здесь сохранилась нетронутой. Такая сохранность подстилающей поверхности объясняется тем, что данная территория была местом разгрузки пролювия, причем аккумуляция происходила без нарушения подстилающей поверхности.
В разрезе сохранились даже трещины усыхания и почвенные горизонты, обогащенные корнями растений.
В глине под конгломератами расположен карбонатизированный прослой - каличе, интересно отметить текстуры уплотнения, возникшие под тяжестью вышележащего проллювия,хорошо заметные на тонких (2-5мм) алевритисто-глинистых прослоях.
Пятиметровая толща раннетриасовых конгломератов, выступающие блоки которых отделены от остальной массы отложений четкими вертикальными трещинами отрыва содержит гальку размером до 20см, которая по составу относится к широкому спектру магматических пород. Эти отложения до седиментогенеза являлись частью огромного палеоконуса выноса с гор древнего Урала. В толще конгломератов встречаются прослои тонкодисперсного цементирующего материала (ф8.), что говорит о том, что энергия потока периодически уменьшалась, и соответственно уменьшалась зернистость материала, переносимого потоком.

МАРШРУТ 2. Верхнеозерный-г.Гирьял- Татарский Саракташ - берег р. Сакмары близ устья Большого Ика.

Верхнеозерный
Обнажение расположено приблизительно в 3,4км к юго-востоку от поселка Верхнеозерное. Здесь на берегу реки Сакмара обнажаются отложения ископаемого конуса выноса, которые представлены конгломератами. На фото четко видно, что валуны и галька сцементированы в единый комплекс.
Галька в конгломерате не сортирована, ее размер может достигать нескольких десятков сантиметров (обр.№21), что является характерной чертой толщ сформировавшихся в результате лавинной седиментации. По составу галька в этих конгломератах является результатом переработки метаморфических, а также эффузивных и интрузивных магматических пород, также встречаются метаморфизованные известняки среднедевонского возраста, содержащие фауну того времени. Оцениваемая мощность данной проллювиальной толщи в межкупольных структурах достигает 800м, в районе Верхнеозерного общая мощность проллювия около 200м. Формирование такой толщи могло занять примерно столько же времени, сколько потребовалось бы на формирование обычного аллювиального цикла, однако благодаря лавинной седиментации она могла сформироваться, даже за несколько дней. Перерывы же между подобными седиментационными циклами могли достигать нескольких сотен лет.
В аридных условиях почти вся седиментация носит лавинный характер, на равнине же разреженная растительность усиливает катастрофическое значение паводка. Резкое усиление катастрофического характера седиментации в раннем триасе вероятно отчасти связано со снижением уровня растительности, усилившее разрушительную энергию потоков, вследствии глобальных климатических изменений.
Уникальность обнажения в районе Верхнеозерного заключается в том, что обычно проллювиальные фации, как наиболее высокие, не сохраняются в геологической летописи. Здесь же благодаря диапиризму произошло прогибание, вызванное интенсификацией горообразовательных процессов Урала, что и способствовало сохранению данной толщи.

г.Гирьял
Обнажение расположено в 2км к западу от поселка Алабайтал, и в 20км к западу по направлению течения палеопотоков, которые и сформировали вышеупомянутый конус выноса. Здесь обнажаются конгломераты копанского яруса. В этом районе представлены отложения того же конуса выноса, отложения которого мы видели у пос.Верхнеозерный, но здесь располагалась более периферическая его часть. На фото заметно, как уменьшается размер составляющего материала и улучшается его сортировка, по сравнению с конгломератами у пос. Верхнеозерный. Такое различие в степени сортировки и размере галек является ярким примером уменьшения энергии палеопотока от его истока к периферии. Измерения ориентации плоских галек, которые проводились здесь ранее, указывают, что палеопоток был ориентирован на запад, юго-запад. Примеры подобных конусов встречаются и в предгорьях Тянь-Шаня в четвертичных отложениях.

Берег р.Сакмара близ устья Большого Ика
Данное обнажение находится на правом берегу р.Сакмара, в 2км к востоку от Татарского Саракташа, на расстоянии 1км к востоку по прямой от предыдущего обнажения. Уже на таком небольшом расстоянии вместо одного прослоя каличе можно увидеть несколько прослоев разной мощности, причем интересно, что даже на протяжении одного обнажения мощный прослой выклинивается. Это свидетельствует о том, что мощные прослои каличе латерально распространены на сравнительно небольшой площади, то есть имеют преимущественно местное значение. Каличе может развиваться на разных породах, о чем свидетельствует наличие кремневых галичек в местных каличе. В каличе встречены отпечатки корней растений, что лишний раз доказывает неразрывную связь каличе, как почвенной составляющей, с органическим материалом.

Маршрут 4. карьеры у с. Чулошников
Карьеры расположен в 4,5км к северо-западу от пос. Чулошников. Обнажение располагается в бортах старых выработок, где обнажаются позднепермские конгломераты с линзами песчаников (обр.№29). Галька в конгломератах хорошо окатана, максимальный размер гальки не превышает 5см в поперечнике, по составу галька представлена устойчивыми кремнистыми породами. Конгломератовая толща расположена примерно в 20м ниже границы перми и триаса. В толще конгломератов были замечены окаменевшие, малахитизированные куски стволов (обр.№31), которые в большом количестве попадались в осыпи.
Главная же находка была обнаружена в верхах вятского яруса, в 20м ниже контакта Р-Т, в линзе, располагавшейся в конгломератах. Эта находка представляла собой два крупных позвонка дейноцефала, они выделялись на фоне окружающей породы достаточно отчетливо. В осыпи также были замечены многочисленные кусочки, вероятно, этих же позвонков (отобраны образцы).
Поскольку позвонки представляли большой интерес с точки зрения палеонтологии, было решено их извлечь и отправить на анализ в лабораторию Саратовского государственного университета. Но их извлечение из толщи конгломератов было непростой задачей из-за их хрупкости. Поэтому извлечение проходило в несколько этапов:
1. Было расчищено пространство вокруг позвонков, не отделяя окончательно их от остальной породы.
2. оба позвонка были покрыты гипсовым раствором
3. после того, как раствор застыл, позвонки были аккуратно отделены от породы.

Маршрут 5. овр. Вязовка.
Исследуемый нами овраг находится в 500м к востоку от деревни Вязовка.
Обнажение расположено в бортах длинного (около 5км по протяженности) оврага. В одной из стенок очень хорошо видны поперечные срезы русел небольших палеопотоков, размывавших в несколько этапов ранее накопившиеся отложения, что проявилось в наложении друг на друга песчаных линз. В песчаниках, слагающих врезы найдены остатки пресноводной фауны и флоры.
Красноцветные глины содержат выдержанный тонкий прослой (около 1-2см) тонкозернистого известковистого алеврита, окрашенного в очень светлый почти белый цвет (Пепловый горизонт?????). Сверху от этого прослоя расположены тонкоплитчатые глины, снизу от того же прослоя - глины в виде прослоев мощностью 5-6см каждый. Тонкоплитчатые глины по своему происхождению принадлежат к озерным фациям. В 1-1,5м выше линз известковистого песчаника, находится прослой желваков каличе (обр.№34,№38).
Самая верхняя часть вязовского разреза наблюдалась по маршруту вдоль русла р. Грязнушка. Здесь в нижней части разреза расположены конгломераты, латерально соответствующие конгломератам у Чулошников.р-ход илоеда (обр.№36) Выше в 10-15м протягивается граница Р-Т. Отобран образец каличе из уровня 1,5-2м ниже границы Р-Т (обр.№37).

Маршрут 6. овр. Корольки.
Разрез наблюдался по склонам оврага, расположенного в 700м к юго-западу от села Корольки. Разрез представлен верхнепермскими и нижнетриасовыми отложениями с хорошо обнаженной Р-Т граница.
Разрез сложен переслаивающимися глинами, песчаниками и конгломератами, причем большая часть разреза сложена песчано - алеврито - глинистыми смесями-паттумами, в которых содержание каждого компонента не превышает 50%, по генезису эти смеси являются равнинным проллювием.
Для равнинного пролювия не является редкой такая особенность, как косослоистость, при этом часто просматривается многоэтапность осадконакопления, при котором более ранние по происхождению линзы песчаников или алевролитов срезаются линзами более позднего формирования. Хорошая обнаженность позволила наблюдать многообразие различных текстур. В породах довольно часто встречаются прослои богатые карбонатным материалом, причем заметно, что карбонатный материал проник и в трещины усыхания. Встречались и образования близкие к палеопочвам с признаками процессов палеогипергенеза, а также результаты процессов каличефикации, где реликты первичной породы представлены более темными пятнами. В песчаниках отмечалась слоистость ряби течения. Было отмечено также влияние органического материала на особенности седиментогенеза. Серый цвет пород - один из признаков насышенности породы органикой, такие сероцветные прослои могут быть результатом существования небольших болот.
В каличе были найдены реликты корней растений.

Маршрут 8. овр. Каменная Яруга
Овраг Каменная Яруга располагается в 4км к востоку от поселка Федоровка. В его правом борту обнажаются отложения копанской (сероцветные отложения) и старицкой (красноцветная толща) свит нижнего триаса. По генезису сероцветные породы принадлежат к типу отложений сухой дельты, красноцветная толща имеет аллювиальное происхождение.
Отложения сухой дельты подстилаются эоловыми толщами. Здесь встречаются, как собственно эоловые, так и перемытые эоловые отложения, последние помимо обычных признаков окатанности и отсортированности зерен типичных для эоловых отложений характеризуются аллювиальной косослоистостью. В составе эоловых толщ кроме тонкозернистых песков встречаются и более крупнозернистые образования, причем более крупный размер зерен способствует возникновению зон повышенной проницаемости в этих слойках, что способствует образованию кальцита вокруг отдельных зерен, данные прослои служат индикатором увеличения силы ветра.
Серый цвет отложений сухой дельты обусловлен большой концентрацией органического материала, что не удивительно ведь область дельты -конечный пункт отложения речного материала, куда также сносилась вся органика. В составе толщ сухой дельты можно встретить породы разной зернистости : от линз конгломератов и вплоть до песка. В сероцветах довольно часто встречаются косослоистые серии.
Аллювиальные отложения по составу, также неоднородны в них отчетливо заметны светлые прослои песчаника и глины. Одинаковый и равномерный наклон линз в составе косослоистой серии говорит о том, что поверхность склона в этом месте приблизительно совпадает с направлением течения потока, сформировавшего косослоистую серию. Бывает, что склон обнажает поперечный, а не продольный срез палеопотока, при этом косых серий не видно.
Были обнаружены фрагменты костей ископаемых амфибий и рептилий в конгломератах сухой дельты, что подтверждает богатство органическим материалом этих отложений.

Маршрут 9. Устье р. Ток- карьеры вдоль дороги Бузулук - Грачевка
Обнажение расположено на правом берегу р. Ток,в 400м вниз по течению от впадения р. Ток в р. Самара. Здесь обнажается граница Р-Т. Ниже границы красноцветная алеврито-глинистая толща с прослоями светлых алевролитов, которые обязаны своей светлой окраской процессам вымывания окисленного железа придающего красный цвет пермо-триасовым континентальным отложениям. Контакт Перми и триаса проводится по подошве охристых песчаников в кровле разреза.
В 50 м выше по течению на том же берегу локальным водным потоком вскрываются современные конгломераты. В конгломератах найден фрагмент кости, вероятно нижнетриасового возраста так, как исток потока расположен выше ,а выше находятся отложения нижнетриасового возраста.

Дорога Бузулук-Грачевка

В 1км к востоку от г. Бузулук расположен карьер, длина которого около 3км. Стратиграфически эти отложения соответствуют уровню, на котором располагались отложения сухой дельты, исследованные нами в овраге Каменная Яруга. Это место в триасовое время располагалось как раз между ветвями сухой дельты.
Нижняя и большая часть разреза представлена алевритами охристого цвета с голубоватыми прослоями, обогащенными органикой. Верхняя часть состоит из красноцветных песчаников.
Прослои нижней части обнажения представляют собой сезонные циклы. В дождливое время накапливается осадок, затем в этом глинистом осадке образуются трещины усыхания, которые снова захороняются очередным потоком. Трещины на поверхности осадка могли существовать как недели, так и годы, что можно определить по степени их размытости- чем более размыты границы трещин, тем дольше трещины просуществовали не захороненными. Песчаники, залегающие на алевритах, являются примером палеотакыров. Песчаники, как и алевриты по генезису относятся равнинному проллювию. Каличе в этих отложениях нет, так как она формируются в гумидном климате. Вышеописанные же толщи сформировались в резко аридном климате, почвы которого, как правило, редуцированны, что и объясняет отсутствие каличе.

Маршрут 10. пос.Елшанка.
Исследуемое нами обнажение расположено в 2км к западу от пос.Елшанка. Здесь на глинах расположены эоловые отложения, причем местная толща является уникальной, так как здесь захоронен бархан высотой около 15м. В нижней части бархана встречаются прослои гравелитов аналогичные гравелитам на Яруге и косослоистые песчаники. В самих гравелитах наблюдаются прослои песка, что доказывает то, что гравелиты являются результатом переработки временными водными потоками нижележащих эоловых отложений. То есть это говорит о том ,что седиментация эоловых отложений прерывалась лишь на время, за которое образовывались флювиальные отложения. В теле бархана есть тонкие прослои карбонатной муки, карбонат в этих прослоях накапливался интенсивнее благодаря их высокой проницаемости, то есть большему размеру зерен. Увеличение размера зерен произошло из-за увеличения силы ветра, но сильный ветер способствует также формированию линз и косослоистости. Сверху бархан перекрывается толщей перемытых эоловых отложений.
В прослое перемытого материала выше бархана встречаются брекчии, вероятно остатки ископаемых засыпанных нор животных, которые расположены на одном уровне.
Выше расположены косослоистые конгломераты с карбонатизированным цементом - отложения сухой дельты.
Триасовые отложения сверху перекрывает перемытая юра, юрские породы окрашивают более проницаемые триасовые породы в желтый цвет из-за того, что юрские породы литологически насыщены железистыми конкрециями.
В нескольких километрах от палеобархана на уровне эоловых отложений мы наблюдали палеотакыры, представленные алеврито-глинистыми отложениями. Расположение на одном уровне разных типов отложений служит классическим примером фациального перехода.

Обнажение расположено в бортах оврага субширотного направления ,протяженностью около 2км. Сам овраг находится в 500м к северо-западу от деревни Тупиковка.
Нижняя часть обнажения представлена переслаиванием красноцветных конгломератов и песков. В конгломератах встречаются костные остатки позвоночных животных, отобран образец. Выше идут сероцветные косослоистые конгломераты пески и песчаники, а их перекрывают красноцветные аллювиальные отложения, представленные переслаиванием косослоистых конгломератов и песчаников. Сверху аллювиальных осадков расположена 8 метровая толща палеотакыров, перекрываемая снова аллювиальными отложениями.

Уникальная находка следов позднепермских тетрапод

Твердохлебов, 2001; Каличе в континентальных красноцветных формациях на востоке европейской части России, ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ,ГЕОЛОГИЯ И РАЗВЕДКА N6