Carbon and oxygen isotopes in deposits of the lower and middle devonian border horizons in Belarus

The isotope-geochemical study of deposits containing carbonate from the Upper Emsian Vitebsk and Lower Eifelian Adrov horizons in Belarus has been carried out in geological sections of five boreholes. These boreholes are the North-Polotsk (southeast of the Latvian Saddle), Bykhov (the conjugation zone of the Orsha Depression and Zhlobin Saddle), Korma (Zhlobin Saddle), Privolje (the North Shoulder of the Pripyat Trough) and GGK-1 (southwestern edge of the Voronezh Anteclise).
The δ13C values typical for marine sedimentary carbonates and δ18О values characteristic of Emsian and Eifelian carbonates prevail in the Vitebsk and Adrov horizon deposits of the North-Polotsk, Bykhov and Korma sections. However, there are isotopic signals testifying about the increase of land water role during the basin shallowing (negative δ13C excursions), evaporitization (δ18О increase) and periodic changes of sea water temperature due to sea depth fluctuations (negative or positive δ18О shifts).
Synchronous negative δ13C and δ18О excursions trace intervals of geological sections which were affected by infiltration catagenesis in the Vitebsk horizon Obol layers and Adrov horizon of the GGK-1 section as well as in the Vitebsk horizon Lepel layers of the Korma section.
The unusual combination of normal sea δ13C values and very low δ18О ones in lower parts of the Vitebsk and Adrov horizons in the Privolje section situated in the area of the highest in Belarus heat flow density and on the flank of paleovolcano is, presumably, connected with new formation of catagenetic carbonates in the environment of buried sea water or brine which were not be significantly affected by infiltration, and at elevated (or high) temperature.

1. Валюкявичюс, Ю. Ю. Девонская система / Ю. Ю. Валюкявичюс, В. К. Голубцов // Геологическая карта СССР. Масштаб 1:1000000 (новая серия) : объяснительная записка. Лист N-(34), (35). – Вильнюс ; Ленинград, 1986. – С. 53–68.

2. Вариации изотопного состава углерода и кислорода в нижне-среднедевонских отложениях на юго-западе Воронежской антеклизы / А. А. Махнач [и др.] // Літасфера. – 2021. – № 2 (55). – С. 80–94.

3. Вариации изотопного состава углерода и кислорода в эмсских и эйфельских отложениях на юго-востоке Латвийской седловины / А. А. Махнач [и др.] // Літасфера. – 2022. – № 1 (56). – С. 67–79.

4. Геология Беларуси / А. С. Махнач [и др.]. – Минск : Институт геологических наук НАН Беларуси, 2001. – 815 с.

5. Геотермический атлас Беларуси / под общ. ред. В. И. Зуя. – Минск : Национальная библиотека Беларуси, 2018. – 89 с.

6. Геохимические особенности минеральных вод отложений нижней части платформенного чехла Гомельской структурной перемычки и сопредельных территорий / В. И. Толстошеев [и др.] // Літасфера. – 2019. – № 1 (50). – С. 116–135.

7. Девон Воронежской антеклизы и Московской синеклизы / Г. Д. Родионова [и др.]. – М. : Изд-во Воронежского ун-та, 1995. – 265 с.

8. Девон и карбон Прибалтики / В. С. Сорокин [и др.]. – Рига : Зинатне, 1981. – 502 с.

9. Жарков, М. А. История палеозойского соленакопления / М. А. Жарков. – Новосибирск : Наука, 1978. – 272 с.

10. Зоненшайн, Л. П. Тектоника литосферных плит территории СССР / Л. П. Зоненшайн, М. И. Кузьмин, Л. М. Натапов. – М. : Недра, 1990. – Кн. 1. – 328 с.

11. Изотопная хемостратиграфия верхнеэмсско-среднеэйфельских отложений в разрезе параметрической скважины Кормянская на Жлобинской седловине / А. А. Махнач [и др.] // Лiтасфера. – 2019. – № 2 (51). – С. 64–74.

12. Изотопная хемостратиграфия нижне-среднедевонского разреза зоны сочленения Оршанской впадины и Жлобинской седловины (параметрическая скважина Быховская) / А. А. Махнач [и др.] // Лiтасфера. – 2019. – № 1 (50). – С. 136–148.

13. Кузьменкова, О. Ф. Разрез позднедевонских магматических пород параметрической скважины Приволье (Северо-Припятское плечо, Беларусь) / О. Ф. Кузьменкова, А. Г. Лапцевич // Актуальные проблемы наук о Земле: использование природных ресурсов и сохранение окружающей среды : сб. материалов V Междунар. науч.-практ. конф., Брест, 27–29 сент. 2021 г. – Брест : БрГУ, 2021. – Ч. 1. – С. 72–75.

14. Махнач, А. А. Вариации изотопного состава углерода и кислорода в эмсско-франских отложениях Северо-Припятского плеча (юго-восток Беларуси) / А. А. Махнач, Б. Г. Покровский, О. В. Мурашко // Літасфера. – 2022. – № 2 (57). – С. 101–115.

15. Махнач, А. А. Геохимия стабильных изотопов в платформенном чехле Беларуси / А. А. Махнач, Н. А. Махнач, Б. Г. Покровский. – Минск : Беларуская навука, 2022. – 373 с.

16. Махнач, А. А. Изотопы углерода и кислорода в среднеэйфельских отложениях Беларуси / А. А. Махнач, Б. Г. Покровский, О. В. Мурашко // Літасфера. – 2023. – № 1 (58). – С. 110–129.

17. Махнач, А. А. Изотопы C, O, S, Sr в отложениях освейского горизонта нижнего эйфеля на территории Беларуси / А. А. Махнач, Б. Г. Покровский, О. В. Мурашко // Литология и полезные ископаемые. – 2023. – № 4.– С. 387–406.

18. Махнач, А. А. Катагенез и подземные воды / А. А. Махнач. – Минск : Наука и техника, 1989. – 335 с.

19. Никаноров, А. М. Стабильные изотопы в гидрохимии / А. М. Никаноров, Ю. А. Федоров. – Л. : Гидрометеоиздат, 1988. – 247 с.

20. Систематика и классификации осадочных пород и их аналогов / В. Н. Шванов [и др.] – СПб. : Недра, 1998. – 352 с.

21. Стратиграфические схемы докембрийских и фанерозойских отложений Беларуси : объяснительная записка / под ред. С. А. Кручека [и др.]. – Минск : ГП «БелНИГРИ», 2010. – 282 с.

22. Фор, Г. Основы изотопной геологии: пер. с англ. / Г. Фор. – М. : Мир, 1989. – 590 с.

23. Fricke, H. C. The correlation between 18O/16O ratios of meteoric water and surface temperature: its use in investigating terrestrial climate change over geologic time / H. C Fricke, J. R O’Neil // Earth Planet. Sci. Lett. – 1999. – Vol. 170. – P. 181‒196.

24. Grossman, E. L. Oxygen Isotope Stratigraphy / E. L. Grossman // The Geologic Time Scale 2012 / еds. F. M. Gradstein [et al.]. – Amsterdam, Boston, Heidelberg, London, New York, Oxford, Paris, San Diego, San Francisco, Singapore, Sydney, Tokyo : Elsevier, 2012. – P. 181–206.

25. Grossman, E. L. Oxygen Isotope Stratigraphy / E. L. Grossman, M. M. Joachimski // The Geologic Time Scale 2020 / еds. F. M. Gradstein [et al.]. – Amsterdam, Oxford, Cambridge (MA, US) : Elsevier, 2020. – P. 279–307.

26. Matthews, A. Oxygen isotope fractionation during the dolomitization of calcium carbonate / А. Matthews, А. Katz // Geochim. et Cosmochim. Acta. – 1977. – Vol. 41, No 10. – P. 1431–1438.

27. Oxygen isotope evolution of biogenic calcite and apatite during the Middle and Late Devonian / M. M. Joachimski [et al.] // International Journal of Earth Sciences. – 2004. – No 93 (4). – P. 542–553.

28. Rozanski, K. Isotopic Patterns in Modern Global Precipitation / K. Rozanski, L. Araguas-Araguas, R. Gonfiantini // Climate Change in Continental Isotope Records, Geophysical Monograph Series. – Washington DC : AGU, 1993. – Vol. 78. – 36 p.

29. Van Geldern, R. Carbon, oxygen and strontium isotope records of Devonian brachiopod shell calcite / R. van Geldern // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. – 2006. – No 240 (1–2). – P. 47–67.

30. 87Sr/86Sr, δ13C and δ18О evolution of Phanerozoic seawater / J. Veizer [et al.] // Chemical Geology. – 1999. – No 161 (1–3). – P. 59–88.