Некоторые результаты палеонтолого-стратиграфических исследований девонских отложений в Северо-Минусинской впадине

С.А. Родыгин, Н.А. Макаренко, А.Л. Архипов

НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПАЛЕОНТОЛОГО-СТРАТИГРАФИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДЕВОНСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ В СЕВЕРО-МИНУСИНСКОЙ ВПАДИНЕ

Излагаются результаты исследований по стратиграфии и палеонтологии, проводимых преподавателями геологогеографического факультета Томского государственного университета на геологическом полигоне вузов Сибири в Северной Хакасии. В последние годы был решен ряд научных проблем, имеющих теоретическое и практическое значение. На основании определений богатого комплекса ископаемых первых наземных растений установлен раннедевонский возраст подразделений быскарской серии (нижнематаракская, придорожная, марченгашская толщи) на территории полигона. В результате детального описания разрезов и использования горизонтов туфов в качестве маркирующих удалось составить новую схему корреляции Матарак-Шунетского и Ширинско-Марченгашского разрезов. В отложениях кохайской свиты в районе оз. Ошколь впервые обнаружен представительный комплекс ископаемой флоры франского возраста, в том числе окаменевшие стволы древесных растений. На территории полигона впервые в Северной Хакасии найдены отпечатки костнопанцирных бесчелюстных рыбообразных (остеостраков) великолепной сохранности, позволившие провести реконструкцию этих животных, уточнить их анатомическое строение.

Ключевые слова: девон; стратиграфия; быскарская серия; ископаемая флора; остеостраки.

В последние годы преподавателями Томского государственного университета (ТГУ) получены интересные результаты по палеонтологии и стратиграфии девонских отложений Северо-Минусинской впадины. Решён ряд научных проблем, имеющих как теоретическое, так и практическое значение. Научные исследования проводились на геологическом полигоне вузов Сибири во время проведения учебной практики [1].

Одно из направлений научной деятельности, осуществлявшейся А.Р. Ананьевым, В.П. Парначёвым,

Н.А. Макаренко, С.А. Родыгиным, Ю.М. Елистрато-вым, связано с определением возрастной принадлежности отложений быскарской серии.

К началу девонского периода в районе нынешнего геологического полигона ТГУ, включающего югозападную часть Чебаково-Балахтинской (СевероМинусинской) впадины, сложился континентальный рифтогенный режим [2]. В раннем девоне характерной чертой района являлась интенсификация блоковых вертикальных тектонических движений, сопровождавшаяся активной вулканической деятельностью. В периоды ослабления вулканизма в межгорной впадине формировалась красноцветная моласса, состоящая из обломочного материала, образованного в результате разрушения и перемыва местных вулканогенных и пирокластических образований, а также сносимого с горного обрамления впадины (Кузнецкого Алатау, Ба-тенёвского кряжа). Эти процессы привели к формированию мощной (до 4 500 м) вулканогенно-осадочной толщи, обладающей внутренним единством и ярко выраженными индивидуальными чертами строения, позволяющими легко узнавать её во всех частях Чебако-во-Балахтинской впадины, где она наблюдается. Состав быскарской серии изучен довольно подробно. Вопрос точного определения возраста длительное время не был решен, существовали различные точки зрения.

В контурах учебного полигона ТГУ доминирующее положение занимают отложения всех трёх отделов девонской системы. Наиболее сложное строение имеют вулканогенно-осадочные толщи нижнего девона, включаемые в настоящее время в состав быскарского (ширинского) трахит-трахибазальтового комплекса Минусинского межгорного прогиба [3]. В действующей ныне Легенде Минусинской серии государственной геологической карты РФ масштаба 1:200 000

(1997 г.) название «быскарская серия» отсутствует, однако оно встречается во многих более поздних научных публикациях [3 и др.] и хорошо известно геологам, изучающим этот регион, поэтому мы сочли целесообразным использовать это название в данной статье. Внутреннее строение быскарской серии настолько сложно, что существует значительное количество стратиграфических схем разных авторов, трудно поддающихся корреляции. Например, для юго-западной части Чебаково-Балахтинской впадины известно более 15 схем стратиграфического расчленения нижнего и среднего девона, составленных разными авторами на протяжении последних 50 лет [4]. Анализ этих материалов показывает, что от района к району не только меняются названия конкретных свит и толщ, но и появляются разночтения в определении их возраста. Так, на первых этапах изучения быскарской серии её возраст принимался как ранне-среднедевонский. Матарак-ская, шунетская и абаканская (толтаковская) свиты (толщи) классического Матарак-Шунетского разреза то полностью относились к среднему девону (Н.А. Беляков, В.С. Мелещенко, Н.Г. Чочиа и др.), то частично. При этом если матаракские и шунетские отложения большинство исследователей относили к нижнему девону, то положение верхних частей быскарской серии оставалось неопределённым и многие ученые датировали их средним девоном (эйфельский ярус). Такое положение было связано главным образом со слабой палеонтологической характеристикой серии, особенно её базальных и кровельных частей.

К моменту становления геологического полигона ТГУ (70-е гг. прошлого столетия) в окрестностях посёлка Шира на геологических картах, составленных в процессе геолого-съёмочных работ, масштаба 1:50 000 отложения быскарской серии были показаны в виде единого вулканического поля базальт-ортофир-

порфиритового состава, содержащего прослои и линзы туфов. Все осадочные породы рассматривались в виде крупных линз, полностью включённых в вулканические породы, начиная с Матарак-Шунетского и заканчивая Сохочул-Марченгашским участком. При этом внутренняя структура вулканических пород верхних частей разреза на Сохочульской площади (марченгаш-ская толща) не была до конца расшифрована, за исключением выделения внутри Марченгашского базаль-

тового поля так называемой Безымянной мульды. Таким образом, прежде чем проводить учебные занятия на полигоне ТГУ, необходимо было решить ряд задач, в частности:

1. Закартировать в крупном (1:25 000 - 1:10 000) масштабе всю площадь полигона.

2. Провести корректное расчленение всего стратиграфического разреза.

3. Выяснить фациальные особенности осадконакоп-ления отложений быскарской серии.

4. Обосновать геологический возраст выделенных стратонов.

5. Провести корреляцию отложений Матарак-Шунетского и Ширинско-Марченгашского участков.

В процессе проведения многолетних полевых и лабораторных работ сотрудниками ТГУ выяснено, что:

- разрез быскаркой серии имеет отчётливое трехчленное строение - нижняя часть (нижнематаракская толща) представлена сложным чередованием туфов, туфолав, лавобрекчий, трахитов, трахириолитов, тра-хибазальтов, трахиандезитов с прослоями туфограве-

литов, туфопесчаников и алевролитов. Средняя часть разреза состоит из отложений придорожной толщи, выделенной Н.А. Макаренко в 1973 г. [5, 6]. Эта толща расчленена на три пачки и представлена переслаивающимися пестроцветными осадочными и вулканогенными образованиями - конгломератами, гравелитами, песчаниками, алевролитами, кремнистыми туффитами, отдельными пластовыми телами трахибазальтов, пеп-ловых и гравийных туфов трахиандезит-трахитового состава. Венчает разрез серии марченгашская толща базальт-трахибазальтового состава с прослоями красноцветных песчаников, гравелитов и конгломератов;

- все отложения серии смяты в складки разного порядка и осложнены тектоническими нарушениями. Многие пликативные и дизъюнктивные дислокации выявлены и закартированы нами впервые;

- специальные литолого-фациальные исследования показали, что осадочные отложения придорожной толщи представляют собой полифациальный комплекс с широким развитием аллювиальных, пролювиальных, делювиальных и озёрных фаций [7].

Рис. 1. Схема корреляции нижнедевонских отложений Матарак-Шунетского (I) и Ширинско-Марченгашского (II) разрезов [2, 6, 11 с дополнениями авторов]: 1 - известняки; 2 - песчанистые известняки, мергели, алевролиты; 3 - мелкозернистые и среднезернистые песчаники; 4 - гравелиты, крупно- и среднезернистые песчаники; 5 - конгломераты; 6 - базальты;

7 - трахиандезиты и трахиты; 8 - туфы трахиандезитов, трахитов, трахириодацитов; 9 - породы салаирского структурного этажа; 10 - местонахождения ископаемых растений; 11 - маркирующие горизонты туфов; 12 — корреляционные линии: по особенностям литологического состава

Обоснование геологического возраста выделенных стратонов проводилось путём изучения многочисленных находок проптеридофитовой (псилофитовой) флоры. Базовую основу для возрастных определений создал профессор ТГУ А.Р. Ананьев, который в контурах

полигона впервые обнаружил несколько местонахождений раннедевонских растений прекрасной сохранности. Среди них отметим Транспортное, Казарменное, Придорожное, Рудневское местонахождения. Находок этих растений не так много в мире, а местонахождения

в окрестностях Шира - одни из лучших по степени сохранности и полноте. Профессор А.Р. Ананьев и его помощники обнаружили здесь комплекс проптеридо-фитов, включающий: Minusia antiqua Tschirkova, Mar-gophyton goldschmidtii (Halle) Zakh., Protobarinophyton obrutschevii Ananiev, Pectinophyton bipectinatum An., Chakassiophyton krasnovii An. et Kr., Drepanophycus spinaeformis Goeppert, Dr. gaspianus (Dn.) Kr. et Weyl., Jenisseiphyton rudnevae (Peresvetov) Ananiev, J. le-clercqae An. et Zakh., Hostinella hostinensis Pot. et Bern., Taeniocrada decheniana Goeppert, Aphyllopteris tenuis Petrosjan, Zosterophyllum llannoveranum Lang. и др. [8, 9]. Благодаря наличию столь представительного комплекса, А. Р. Ананьеву удалось обосновать раннедевонский возраст вулканогенно-осадочных образований быскарской серии, а также наличие в Северной Хакасии так называемого «предживетского» перерыва в осадконакоплении, продолжавшегося в течение целого эйфельского века. Полный список определений видового состава флоры опубликован [2]. Однако эти находки были пространственно приурочены к отложениям придорожной толщи. Верхняя часть разреза (мар-ченгашская толща) и базальные слои (нижнематарак-ская толща) оставались не охарактеризованными палеонтологически. Проблема их возраста имеет принципиальное значение, т. к. многие геологи приписывали среднедевонский возраст верхней части разреза, а базальные отложения в некоторых районах даже отрывались от быскарской серии и включались в отдельный комплекс силурийско-девонского возраста [10]. Тщательные поиски ископаемых остатков привели к обна-

ружению в центральной части Марченгашского базальтового поля в линзе красноцветных песчаников отпечатков раннедевонской флоры [6]. Наконец, в отложениях нижнематаракской толщи в 1981 г. С.А. Родыги-ным встречены отпечатки раннедевонской проптери-дофитовой (псилофитовой) флоры плохой сохранности. Данные находки поставили точку в дискуссии о возрасте этих толщ.

Нами была предложена [6] оригинальная схема корреляции двух разрезов (Матарак-Шунетского и Ши-ринско-Марченгашского), основанная на идее Н. А. Макаренко о сопоставлении разрезов по характерным прослоям туфов трахиандезит-трахитов, часть из которых можно рассматривать в качестве маркирующих горизонтов. В настоящей работе эта схема уточнена с учётом новых наблюдений (см. рис. 1). При этом предполагается, что придорожная толща примерно одно-возрастна с верхнематаракской, а шунетская - изохронна марченгашским вулканитам. Отложения, синхронные арамчакским красноцветам в Ширинско-Марченгашском разрезе, отсутствуют (размыты?). Отметим, что существующие схемы корреляции (в том числе и новейшие), как правило, основаны на формальном признании одновозрастности всех трёх членов быскарской серии двух опорных разрезов. В итоге нижнематаракская толща Сохочула сопоставляется с полным объёмом матаракской толщи, придорожная толща коррелируется с шунетской, а марченгашская параллелизуется с арамчакской [12]. Подобные представления, по нашему мнению, не являются конструктивными.

Рис. 2. Стволы верхнедевонских голосеменных растений предположительно из группы Archaeopteris

Два года назад группа студентов под руководством ассистента А.Л. Архипова обнаружила в районе

оз. Ошколь новое местонахождение позднедевонской археоптерисовой флоры (семенные папоротники). По предварительному определению палеоботаника В. А. Антоновой, растения относятся к видам: Archaeopteris fissilis Schmalh., Arch. cf. macilenta Lesq., Niayssia plumata Zalessky, Sphenopteridium lebedevi (Schmalh.) Anan., Rhacophyton condrusorum Crepin и др. Вместе с фрагментами побегов и листьев были найдены и стволы диаметром около 10 см, предположительно относя-

щиеся к одному из этих растений (рис. 2). Указанный растительный комплекс обнаружен в отложениях ко-хайской свиты. О позднефранском возрасте вмещающих отложений говорит появление Sphenopteridium lebedevi (Schm.) Anan. В Алтае-Саянской складчатой области этот вид присутствует также в отложениях сергиевской и тубинской свит (В. А. Антонова, устное сообщение). Изучение коллекции продолжается.

В последние годы удалось сделать и другие уникальные находки, в частности представителей ископаемых позвоночных. В 2004 г. группой студентов

под руководством доцента С.А. Родыгина в нижнедевонских отложениях на территории полигона были обнаружены остатки костнопанцирных бесчелюстных - остеостраков, относящихся к виду Ilemoraspis

kirkinskayae Obruchev [13]. Эта находка - вторая в Хакасии и первая в её северной части. В течение последующих полевых сезонов коллекция значительно пополнилась.

Рис. 3. Реконструкция Ilemoraspis kirkinskayae [14]: А - вид сбоку, общая длина изображена приблизительно; В - головной щит со спинной стороны; С - головной щит с брюшной стороны

Детальное изучение внутреннего строения этих ископаемых животных, проведённое С.А. Родыгиным совместно с британскими учёными, позволило выявить многие ранее не известные особенности анатомии и значительно уточнить характер эволюционного развития бесчелюстных [14]. Экземпляры, обнаруженные нами, имеют гораздо лучшую сохранность, чем голотип, описанный Д.В. Обручевым [15] из местонахождения Чазы-Койза в Южной Хакасии. По этим экземплярам сделано исправленное описание вида и была проведена полная реконструкция илемо-расписа (рис. 3).

Изученные экземпляры позволяют увидеть длинные «рога» в заднебоковых углах головного щита и парные грудные плавники, что не сохранилось у голотипа, но является важной диагностической особенностью для 0$1ео51гас1. Тело и головной щит отличаются по количеству чешуй и орнаментации. Глазные орбиты очень широко расставлены (межорбитальное расстояние по крайней мере в четыре раза больше ширины орбиты). Имеется круглое назогипофизное отверстие. Пластины головного щита и таблички туловища орнаментированы тонкими волнистыми гребешками [14]. На головном щите наблюдаются протяжённые сенсорные линии.

Инфраорбитальная сенсорная линия ориентирована в передне-заднем направлении, посередине между дорзальными желобками и боковыми полями. В дополнение к обычным поперечной и боковой сенсорным линиям здесь присутствует еще одна боковая сенсорная линия между боковым краем щита и боковым полем. Более того, канал латеральной линии простирается вдоль боковой поверхности тела, параллельно вентральному краевому полю, что является новым наблюдением для остеостраков. Хорошо сохранился также хвостовой отдел. Анальный и, по-видимому, задний спинной плавники отсутствуют.

Указанные особенности ставят илеморасписов особняком даже по отношению к найденным в Сибири родам Tannuaspis и Tuvaspis. Эти три рода представляют собой отдельную филетическую линию, в пределах которой предложено несколько вариантов эволюционного развития рода Ilemoraspis. Детальное изучение анатомии и гистологии уникальных образцов костнопанцирных бесчелюстных из Северной Хакасии прояснило многие подробности их строения, но и поставило новые вопросы, касающиеся, прежде всего, палеобиогеографии. Ответить на них помогли бы новые местонахождения остеостраков в Сибирском регионе.

ЛИТЕРАТУРА

1. Родыгин С.А., Макаренко Н.А. К истории создания базы учебных практик Томского государственного университета в Хакасии // Материалы научно-практической конференции. Т. II: История становления Сибирской геологической школы и геологических исследований. Томск: Изд-во Том. политехн. ун-та, 2008. С. 376-379.

2. Геология и полезные ископаемые Северной Хакасии (Путеводитель по учебному геологическому полигону вузов Сибири) / Под ред.

В.П. Парначева. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1998. 172 с.

3. Хомичев В.Л. и др. Эталон ширинского (быскарского) трахит-трахибазальтового комплекса (Минусинский межгорный прогиб). Новоси-

бирск: СНИИГГиМС, 2008. 278 с.

4. Геология и минерагения Северной Хакасии. Путеводитель по учебному полигону ВУЗов Сибири / В. П. Парначев, Б.Д. Васильев, И. И. Коп-

тев и др. Томск: Изд-во Том. политехн. ун-та, 2007. 236 с.

5. Ананьев А.Р. и др. О стратиграфическом положении и возрасте псилофитовой флоры окрестностей райцентра Шира (Хакасия) // Геология и

полезные ископаемые Сибири. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1974. Т. 1. С. 12-14.

6. Макаренко Н.А. и др. Новые данные по геологии учебного полигона Томского университета в Хакасии // Вопросы геологии Сибири. Томск:

Изд-во Том. ун-та, 1982. С. 123-132.

7. Беженцев А. Ф. и др. О фациальных особенностях осадконакопления отложений нижнедевонской быскарской серии Северной Хакасии //

Формационный анализ в геологических исследованиях. Томск: ТГУ, 2002. С. 20-23.

8. Ананьев А.Р. и др. Некоторые вопросы геологического строения и возраста девонских вулканических образований района озёр Матарак и

Шунет (Северо-Минусинская впадина) // Проблемы комплексных геолого-географических исследований девонских прогибов Алтая. Новокузнецк, 1972. С. 3-14.

9. Захарова Т.В., Ананьев А.Р. О стратиграфическом положении быскарской серии девона Минусинского прогиба // Бюллетень Московского

общества испытателей природы. Отделение геологии. 1990. Т. 65, вып. 2. С. 44-50.

10. Хомичев В.Л. и др. Эталон имирского вулканического комплекса (Восточный Саян). Новосибирск: СНИИГГиМС, 2001. 208 с.

11. Краснов В.И., Ратанов Л.С. О стратотипах матаракской и шунетской свит в Северо-Минусинской впадине // Материалы по региональной геологии Сибири. Новосибирск: СНИИГГиМС, 1974. Вып. 173. С. 82-89.

12. Липишанов А.П. и др. Ордовикский магматизм восточного склона Кузнецкого Алатау // Проблемы геологии Сибири. Томск: ТГУ, 1996. Т. 1. С. 73-74.

13. Родыгин С.А. О находке бесчелюстных в нижнедевонских отложениях окрестностей пос. Шира (Хакасия) // Современная палеонтология: классическая и нетрадиционная: Тез. докл. LII сессии Палеонтол. об-ва при РАН. СПб., 2006. С. 111-112.

14. Sansom R.S. et al. The anatomy, affinity and phylogenetic significance of Ilemoraspis kirkinskayae (Osteostraci) from the Devonian of Siberia // Journal of Vertebrate Paleontology. 2008. Vol. 38, № 3. P. 613-625.

15. Обручев Д.В. Класс Ostracodermi. Панцирные // Биостратиграфия палеозоя Саяно-Алтайской горной области. Т. II: Средний палеозой / Под ред. Л.Л. Халфина. Новосибирск: СНИИГГиМС, 1960. С. 560-561.

Статья представлена научной редакцией «Науки о Земле» 2 декабря 2009 г.