Вулканический материал в породах доманиковой фации девона и карбона Волго-Уральской провинции представлен либо пепловыми прослоями (мощностью до 3 см), в которых преобладает вулканическое стекло, либо зеленовато-серыми глинами, либо микролинзами туфогенного материала (Фортунатова и др., 2018, 2023). Имеются работы с детальной микроскопической, рентгенографической, термической характеристиками туфовых прослоев из верхнедевонских и турнейских отложений Муханово-Ероховской впадины Камско-Кинельской системы прогибов (ККСП) (Шакиров и др., 2022). В 2023–2024 гг. были проведены лабораторные исследования по поиску технологии извлечения минералов тяжелой фракции из туфовых прослоев. Сложность этой работы вызвана тем, что туфовые прослои представляют собой очень твердую породу и имеют толщину, измеряемую первыми миллиметрами, то есть вес пробы, которую можно отобрать, не превышает 3–5 г. Представленные в работе материалы относятся к числу немногих местонахождений, для которых получены прямые радиоизотопные датировки туфов на границе девона и карбона (рис. 1) (Trapp et al., 2004; Liu et al., 2012; Myrow et al., 2014; Ferri et al., 2021; Xu et al., 2024).

Геологическая ситуация. Камско-Кинельская система прогибов (ККСП) существовала с начала франа по конец турне, окаймляя приподнятые карбонатные платформы мелководного бассейна краевой части Восточно-Европейской платформы, примыкавшей к Уральскому океану (Silantiev et al., 2024). Ее впадины заполнялись глинистыми, кремнистыми и карбонатными осадками с высоким содержанием органического вещества.

В отечественной геологии отложения с высоким содержанием органического вещества, выполняющие прогибы ККСП, известны под названиями доманикиты (5–25% Сорг) и доманикоиды (менее 5% Сорг) и имеют обобщенное наименование – доманиковые породы (фации). Хорошая сохранность пепловых прослоев в этих породах обусловлена условиями их формирования – относительной глубоководностью бассейна (ниже уровня штормовых волн), удаленностью от областей сноса, малым привносом терригенного материала.

Прослои вулканического пепла встречены в двух скважинах, вскрывших пограничный интервал девонской и каменноугольной систем в осевой (скв. 1) и бортовой (скв. 2) зонах Нижнекамского сегмента ККСП. Стратиграфическая разбивка скважин обоснована детальным изучением комплексов конодонтов (Сунгатуллина и др., 2025), описание разрезов и биофаций будет опубликовано в отдельной статье (Силантьев и др., 2025, в печати).

Прослои пепла толщиной 3–4 мм сложены твердым прочным сильно уплотненным витрокластическим материалом (рис. 2), хорошо выделяющимся на общем темном фоне вмещающей породы светлой желтовато-серой окраской, люминесцирующей при ультрафиолетовом освещении. Образец весом 3–5 г содержит 60–100 идиоморфных зерен циркона, пригодных для датирования.

Пробоподготовка. Пепловый прослой выпиливался из керна. Получившаяся пластинка весом 3–5 г дробилась на кусочки размером 3х5 мм и помещалась на 24 часа в деметилсульфоксид ((CH3)2SO) при температуре 50 °C при постоянном перемешивании. После этого проба обрабатывалась точечным ультразвуковым излучателем (25 кГц) в течение 8 часов. Процедура повторялась от 20 до 26 раз до полной дезинтеграции первоначальной породы. Далее навеска помещалась в тяжелую жидкость ГПС-В (концентрированный водный раствор гетерополивольфрамата натрия; плотность 3,00 г/мл). Отдельные зерна цирконов выделялись из тяжелой фракции вручную под бинокулярным микроскопом ZEISS Stemi DV4 (Германия).

Радиоизотопное датирование методом LA-ICP-MS. Датирование цирконов методом LA-ICP-MS было проведено в Научно-образовательном центре Геотермохронологии Института геологии и нефтегазовых технологий Казанского (Приволжского) федерального университета.

Для проведения U–Pb-датирования цирконов использовалась система лазерной абляции на основе эксимерного лазера (длина волны 193 нм) Analyte Excite (Teledyne Cetac Technologies, США), соединенная с квадрупольным масс-спектрометром с ионизацией в индуктивно-связанной плазме iCAP Qс (ThermoScientific, Германия).

Все измерения выполняли по массам 202Hg, 204(Pb+Hg), 206Pb, 207Pb, 208Pb, 232Th, 235U, 238U. Диаметр лазерного луча составлял 35 мкм, частота повторения импульсов 5 Hz и плотность энергии лазерного излучения 2.5–3.0 Дж/см².

Анализ проводился по следующей схеме: в начале и в конце сессии измерений выполнялось по три и два измерения двух стандартов (внешнего и контрольного) соответственно. Использовались международные эталонные образцы цирконов: Plešovice – внешний стандарт (337 млн лет) (Slama et al., 2008) и 91500 – контрольный образец (1065 млн лет) (Weidenbeck et al., 1995). Далее через каждые десять измерений проводилось по одному измерению внешнего и контрольного стандартов. По внешнему стандарту проводилась коррекция на фракционирование элементов при лазерном испарении, дискриминацию масс и дрейф настроек масс-спектрометра во времени. Контрольный образец измерялся для проверки правильности измерений. Также в начале, в середине и в конце сессии дополнительно измерялось стандартное синтетическое стекло NIST SRM 612 для учета чувствительности масс-спектрометра.

Обработка масс-спектрометрических данных, учет коррекций, выбор оптимального участка сигнала, расчет изотопных отношений (207Pb/206Pb, 206Pb/238U, 207Pb/235U, 208Pb/232Th) и соответствующих возрастов проводился с помощью программы Iolite 3.65, встроенной в Igor Pro 7 (Paton et al., 2010). Построение диаграмм с конкордией и графики плотностных вероятностей выполнялись в Isoplot 4.15 (Ludwig, 2003). Диаграммы с конкордией построены по возрастам, рассчитанным по изотопным отношениям 207Pb/235U – 206Pb/238U. Измерения, где дискордантность составляла <–5% или >5%, исключались из выборки (в Приложении «Возраст отдельных зерен циркона, определенный методом LA-ICP-MS» эти значения зачеркнуты: https://www.geors.ru/jour/article/view/562).

Тяжелая фракция светлых минералов изученных туфовых прослоев на 50–90% состоит из циркона (ZrSiO4), из которых 80–85% – идиоморфные кристаллы без признаков окатанности и переноса (рис. 3). Зерна цирконов представлены призматическими и короткопризматическими кристаллами размером от 50 до 175 мкм по длинной оси. На катодолюминесцентных снимках кристаллы характеризуются осцилляторной зональностью, а отношения Th/U варьируют от 0.39 до 1.3, что свидетельствует об их магматическом генезисе (Corfu et al., 2003; Wu, Zheng, 2004).

В бортовой зоне (скв. 2) для пеплового прослоя из верхней части зоны Palmatolepis gracilis expansa получен возраст 360.0 ± 1.2 млн лет (датировано 52 зерна). В осевой зоне (скв. 1) для пеплового прослоя в основании конодонтовой зоны Siphonodella quadruplicata получен конкордантный возраст 357.6 ± 1.7 млн лет (датировано 30 зерен) (рис. 4, 5).

Полученные датировки соответствуют, в пределах погрешности анализа, современной хроностратиграфической шкале конодонтовых зон и ограничивают начало Хангенбергского события в изученном бассейне возрастом 360.0 ± 1.2 млн лет, что в целом, совпадает с современными глобальными данными (Davydov et al., 2012; Becker et al., 2020; International Chronostratigraphic Chart, 2024).

Хронологическая калибровка девонского периода опирается на совмещение высокоточных U–Pb CA-ID-TIMS датировок цирконов из туфов и детальной конодонтовой зональной стратиграфии. Этот подход позволяет не только уточнять абсолютный возраст границ веков, но и рассчитывать длительность отдельных биозон с разрешением до 0.6 млн лет. Специальные исследования (Kaufmann, 2006; Harrigan et al., 2022), предлагают детальные «биохронометрические» шкалы, в которых каждая конодонтовая зона увязана с радиоизотопным (численным) возрастом.

Радиоизотопный возраст границы девона и карбона впервые был рассчитан как 360.7 ± 0.7 млн лет методом интерполяции по серии U–Pb ID-TIMS измерений цирконов из туфовых прослоев турнейской части разреза Хасельбахталь (Hasselbachtal) в Германии и верхнефаменских разрезов Западной Канады формации Эксшоу (Exshaw) (Trapp et al., 2004). После этого возраст границы постепенно омолаживался. В издании «Geological Time Scale 2020» возраст этой границы определен как 359.3 ± 0.3 млн лет (Becker et al., 2020) и обоснован дополнительными данными из Южного Китая (Liu et al., 2012; Xu et al., 2024). Последняя версия Международной хроностратиграфической таблицы определяет возраст границы девона и карбона равным 358.86 ± 0.19 млн лет (International Chronostratigraphic Chart, 2024).

Стратиграфическое положение пепловых вулканических прослоев в разных регионах мира показывает, что они сохраняются как в карбонатных фациях, например, разрез Hasselbachtal, Германия (Trapp et al., 2004), разрез Мухуа (Muhua II), Южный Китай (Xu et al., 2024), так и в доманиковых фациях, например, разрезы формации Exshaw, Западная Канада (Ferri et al., 2021; Kabanov, 2022); разрез Дапушан (Daposhang), Южный Китай (Liu et al., 2012; Xu et al., 2024), разрез Ковала (Kowala), Польша (Myrow et al., 2014; Davydov, 2020).

На территории Западной Канады пограничные отложения девона и карбона датированы по туфовым прослоям, обнаруженным в составе формации Exshaw. Эта формация сложена ритмично слоистыми темно-серыми алевритистыми и аргиллитовыми сланцами с высоким содержанием органического углерода, весьма напоминающими породы ККСП. В бассейне Лиард (Ferri et al., 2021) в нижней части этой формации находятся три туфовых горизонта, датированные методом U–Pb CA-ID-TIMS и имеющие возраст – 364.35 ± 0.26, 364.03 ± 0.31 и 363.07 ± 0.25 млн лет, что соответствуют позднему фамену. В разрезе Юра-Крик (Jura Creek) (Kabanov, 2022), где зафиксирована мощность Exshaw около 9 м, туфовый прослой (~360 млн лет) обнаружен в нижней толще, в интервале интенсивной аноксии, интерпретируемой как эквивалент события Hangenberg.

В разрезе Hasselbachtal (Германия) два туфа (Bed 79 и Bed 70) зафиксированы в интервале конодонтовых зон Siphonodella sulcata и S. duplicata, с возрастами 360.5 ± 0.8 и 360.2 ± 0.7 млн лет (Trapp et al., 2004). В разрезе Daposhang (Южный Китай) возраст слоя E, который интерпретируется как пиковая фаза события Hangenberg, составил 360.47 ± 0.68 млн лет (Xu et al., 2024). В разрезе Kowala (Польша) три туфовых слоя, подстилающих и перекрывающих пачку Хангенбергских черных сланцев (Hangenberg Black Shale) имеют возраста 359.97 ± 0.46, 358.97 ± 0.11 и 358.89 ± 0.20 млн лет (Myrow et al., 2014), соответствуя позднему фамену. Во всех рассмотренных регионах исследователи пытаются увязать радиоизотопные датировки с конодонтовыми зонами, для того чтобы обосновать стратиграфические границы по нескольким признакам.

Важная особенность пепловых вулканических прослоев, встреченных в изученных скважинах, – высокое содержание идиоморфных кристаллов цирконов на единицу объема. Это позволяет выделять достаточное количество (несколько десятков и первые сотни) кристаллов, пригодных для радиометрического датирования, из прослоев мощностью в первые миллиметры, встреченных в керне скважин. Аналогичные результаты получены для нефтематеринских пород пограничного интервала ордовика и силура Южного Китая (Du et al., 2020, 2021), а также для пограничного интервала юры и мела (баженовская свита) Западной Сибири (Rogov et al., 2023).

Радиоизотопный возраст 357.6 ± 1.7 млн лет, полученный для пеплового прослоя из основания зоны S. quadruplicata, хорошо согласуется с глобальными данными (Aretz et al., 2020), подтверждая небольшую (примерно по 0.5 млн лет) длительность конодонтовых зон S. sulcata и S. duplicata – базальных зон турнейского яруса. Можно предположить, что аналогичную продолжительность имеет зона S. belkai, наличие которой в изученных разрезах требует дополнительного обоснования.

Каждой из рассмотренных выше конодонтовых зон – S. sulcata, S. duplicata и S. belkai, отвечают региональные горизонты, соответственно – гумеровский, малевский и упинский (Alekseev et al., 2022), продолжительность которых аналогична продолжительности зон. За такое время (около 0.5 млн лет) в глубоководных бескислородных обстановках могли сформироваться осадки мощностью (после диагенеза и уплотнения) всего лишь 2.5–5 м (De Vleeschouwer et al., 2013). То есть, стратиграфический интервал, включающий все три горизонта – гумеровский, малевский и упинский, может быть представлен в разрезах ККСП толщей мощностью от 7.5 до 15 м.

Впервые для доманиковых фаций Восточно-Европейской платформы получены прямые радиоизотопные датировки туфов пограничного интервала девона и карбона методом U–Pb LA-ICPMS. Полученные значения 360.0 ± 1.2 и 357.6 ± 1.7 млн лет хорошо согласуются с Международной хроностратиграфической шкалой и глобальными данными по Хангенбергскому биотическому событию. Эти результаты уточняют возрастные границы конодонтовых зон и демонстрируют применимость метода LA-ICPMS для датирования миллиметровых туфовых прослоев в нефтематеринских толщах. Работа открывает перспективы создания хронологического каркаса нефтематеринских (доманиковых) отложений девона и раннего карбона Восточной Европы на основе совместных биостратиграфических (конодонты) и радиоизотопных исследований.

Приложение «Возраст отдельных зерен циркона, определенный методом LA-ICP-MS» расположено по адресу: https://www.geors.ru/jour/article/view/562.

Работа частично выполнена за счет средств субсидии, выделенной Казанскому федеральному университету для выполнения государственного задания проект № FZSM-2023-0023 в сфере научной деятельности.

Авторы выражают искреннюю благодарность профессору А.С. Алексееву (МГУ имени М.В. Ломоносова) и члену-корреспонденту РАН А.С. Бякову, чьи замечания и предложения значительно повысили научное качество данной статьи.