C-, O-, S-isotopic chemostratigraphy of the lower and middle devonian deposits within the Orsha depression–Voronezh anteclise junction (the Klimovichi parametric borehole)

The paper is devoted to the results of isotopic chemostratigraphy study of the Lower and Middle Devonian deposits in the geological section of the Klimovichi parametric borehole within the Orsha Depression – Voronezh Anteclise junction. Carbon and oxygen isotopes in carbonates and sulphur isotopes in gypsum have been analysed. The Upper Emsian Vitebsk horizon, dolomitе and clay-marly rock units of the Middle Eifelian Gorodok horizon are characterized by normal sea δ13C values. The Lower Eifelian Adrov and Osveya horizons and dolomite-marly rock unit of the Gorodok horizon are remarkable with wide δ13C fluctuations (from sea figures to –11,6 ‰). This is due to changing intensity of land water influx into the sea basin when its shallowing, which was accompanied by sulphate sediment forming. The δ18О values in the whole Lower-Middle section fall into the range (–4…–2 ‰) characteristic for the Emsian-Eifelian sea carbonates. This is due to the Belarus territory near-equator location in Devonian and does not contradict the genetic conclusions made under δ13C dynamics consideration. There are two distinct intervals in the gypsum δ34S variation curve. The lower one (the Osveya horizon carbonate-sulphate rock unit, Adrov and Vitebsk horizons and Lower Vendian) is characterized by δ34S values (18,2 ‰ at an average) which are lower than in the upper interval (dolomite-marly rock units of the Gorodok and Osveya horizons) where δ34S values are 21,7 ‰ at an average. This is due to different proportion of land water with isotopically light continental sulphur in gypsum-forming evaporite brines (greater for the lower part of the section than for the upper one) and is in agreement with the δ13C behaviour

1. 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.

2. 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.

3. Геология Беларуси / А. С. Махнач [и др.]. – Минск : Ин-т геолог. наук НАН Беларуси, 2001. – 815 с.

4. Гриненко, В. А. Геохимия изотопов серы / В. А. Гриненко, Л. Н. Гриненко. – М. : Наука, 1974. – 274 с.

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

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

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

8. Кузнецов, А. М. О волокнистом гипсе в кунгурской толще Приуралья / А. М. Кузнецов // Изв. Естеств.-науч. ин-та при Молотовск. ун-те. – 1952. – Т. 13, вып. 6. – С. 503–518.

9. 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.

10. 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.

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

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

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

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

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

16. Холодов, В. Н. Новое в познании катагенеза / В. Н. Холодов // Литология и полезные ископаемые. – 1982. – № 3. – С. 3–22.

17. Bundy, W. M. Petrology of gypsum-anhydrite deposits in South-Western Indiana / W. M. Bundy // J. Sed. Petrol. 1956. – Vol. 26, № 3. – P. 240–252.

18. Fricke, H. C. The correlation between18O/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.

19. Grossman, E. L. Oxygen Isotope Stratigraphy / E. L. Grossman // The Geologic Time Scale 2012 / eds. F. M. Gradstein [et al.]. – Amsterdam, Boston, Heidelberg, London, New York, Oxford, Paris, San Diego, San Francisco, Singapore, Sydney, Tokyo : Elsevier, 2012. – Vol. 1. – P. 181–206.

20. Grossman, E. L. Oxygen Isotope Stratigraphy / E. L. Grossman, M. M. Joachimski // The Geologic Time Scale 2020 / eds. F. M. Gradstein [et al.]. – Amsterdam, Oxford, Cambridge (MA, US) : Elsevier, 2020. – Vol. 1. – P. 279–307.

21. Holser, W. T. Isotope geochemistry of sedimentary sulfates / W. T. Holser, I. R. Kaplan // Chemical Geology. – 1966 – Vol. 1. – P. 93–135.

22. Kampschulte, A. The sulfur isotopic evolution of Phanerozoic sea water based on the analysis of structurally substituted sulphate in carbonates / A. Kampschulte, H. Strauss // Chem. Geol. – 2004. – № 204. – P. 255–286.

23. 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. – № 93 (4). – P. 542–553.

24. Pierre, C. Isotope composition of Messinian sediments from the Mediterranean Sea as indicators of paleoenvironments and diagenesis / C. Pierre, J. C. Fontes // Init. Repts. Deep Sea Drill. Proj. – 1978. – Vol. 42. – P. 635–650.

25. 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.

26. Sulfur Isotope Stratigraphy / A. Paytan [et al.] // The Geologic Time Scale 2020 / eds. F. M. Gradstein [et al.]. – Amsterdam, Oxford, Cambridge (MA, US) : Elsevier, 2020. – Vol. 1. – P. 259–278.

27. The age curves of sulfur and oxygen isotopes in marine sulfate and their mutual interpretation / G. E. Claypool [et al.] // Chemical Geology. – 1980. – Vol. 28. – P. 199–260.

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

29. 87Sr/86Sr, δ13C and δ18О evolution of Phanerozoic seawater / J. Veizer [et al.] // Chemical Geology. – 1999. – № 161 (1–3). – P. 59–88.