Przegl¹d Geologiczny, vol. 57, nr 10, 2009

Œrodowisko sedymentacji i wczesna diageneza czarnych ³upków ogniwa Passhatten (œrodkowy trias, , ) na podstawie analizy geochemicznej

Przemys³aw Karcz1

Sedimentary environment and early diagenesis of the Passhatten Member black shales (Middle Triassic, Spitsbergen, Svalbard) in the light of geochemical analysis. Prz. Geol., 57: 918–926.

Abstract.Geochemical analysis of the 50 samples of the Middle Triassic black shales (organic carbon-rich siltstones) has been carried out. The black shale samples (up to 4.92 % TOC) have been collected in the stratotype profile of the Bravaisberget Formation, west Spitsbergen. In the examined profile, the black shales occur exclu- sively in the Passhatten Member (the lower and middle interval of the Bravaisberget Formation). Black shale sam- ples have been analyzed in respect to degree of pyritization (DOP), isotopic composition of pyrite sulphur (d34S) and organic carbon content (TOC). The main goal of the research was to examine a degree of oxygenation and dynamics of a sea-bottom environment. DOP values from lower section of the Passhatten Member show wide varia- tion, ranging from 0.29 to 0.92. In upper section of the member, the obtained DOP values show narrower range of variations, from 0.77 to 0.98. Wide variations of DOP were caused by temporary coexistence of oxic and anoxic bottom currents. In turn, narrow DOP varia- tions indicate predominance of stratified water and anoxic bottom currents. DOP/d34S and DOP/TOC ratios imply that syngenetic and early diagenetic pyrite precipitation during accumulation of the lower section of the Passhatten Member was controlled by availability of organic carbon and reactive iron, whereas accumulation of the member’s upper section was controlled exclusively by availability of reactive iron.

Keywords: sulphur isotopes, organic carbon, black shales, Middle Triassic, Passhatten Member, Spitsbergen

Ska³y osadowe œrodkowego triasu Svalbardu oraz ota- osadów gruboklastycznych i silniejszych pr¹dach (Mørk & czaj¹cych obszarów szelfu Morza Barentsa zosta³y zakla- Bjorøy, 1984; Krajewski i in., 2007). syfikowane jako górna czêœæ grupy Sassendalen (Buchan i Ska³y osadowe ogniwa Passhatten by³y deponowane in., 1965; Mørk i in., 1982), w której wyró¿niono kilka jed- w œrodowisku p³ytkiego szelfu, które na zachód i po³udniowy nostek litostratygraficznych w randze formacji, w tym for- zachód od obecnej zachodniej linii wybrze¿a Spitsbergenu macjê Bravaisberget (Mørk i in., 1982) i Botneheia by³o ograniczone l¹dem z rozwiniêtym systemem delt (Mørk (Buchan i in., 1965; Mørk i in., 1982; Pèelina 1983). i in., 1982; Mørk & Bjorøy, 1984; Krajewski, 2000). Formacja Bravaisberget stanowi najbardziej za zachód W sukcesji ogniwa Passhatten rozpoznano dwa pulsy wysuniêt¹ sekwencjê osadow¹ œrodkowego triasu basenu transgresywne. Pierwszy z pulsów zdarzy³ siê we wcze- Svalbardu. Formacja ta rozci¹ga siê wzd³u¿ zachodniego snym anizyku, wyznaczaj¹c granicê ogniwa Passhatten z Spitsbergenu od Ziemi Po³udniowego Przyl¹dka, poprzez ni¿ej le¿¹c¹ formacj¹ Tvillingodden wieku oleneku (Mørk Ziemiê Torella, Ziemiê Wedela Jarlsberga, zachodni¹ czêœæ i in., 1982), któr¹ w czêœci najwy¿szej jest zbudowana z Ziemi Nathorsta i Ziemi Nordenskiölda, a¿ po Ziemiê odpornych mu³owców i piaskowców. Na podstawie straty- Oscara II i Ziemiê Jamesa I (ryc. 1). Stratotyp formacji grafii sekwencji sugerowano, i¿ drugi puls transgresywny Bravaisberget zosta³ podzielony na trzy ogniwa: 1) Pass- zapisa³ siê w wy¿szej czêœci anizyku (Mørk i in., 1989). hatten, 2) Somovbreen i 3) Van Keulenfjorden (ryc. 2). Ka¿dy z pulsów transgresywnych spowodowa³ czasowe Ogniwo Passhatten (Birkenmajer, 1977), o mi¹¿szoœci zmniejszenie dynamiki basenu i zmniejszenie dostawy 160 m, obejmuje doln¹ i œrodkow¹ czêœæ formacji i zawiera materia³u klastycznego. Ze wzglêdu na ni¿sze tempo sedy- warstwy czarnych ³upków, które s¹ rozdzielone piaskow- mentacji nie dochodzi³o do rozproszenia materii organicz- cami fosforytowymi. Sedymentacja czarnych ³upków nej, przez co zawartoœæ wêgla organicznego w osadach mia³a miejsce na mulistym, s³abo natlenionym dnie, gdzie zdeponowanych podczas pog³êbiania zbiornika jest wyso- pr¹dy by³y istotnym czynnikiem przerabiaj¹cym osad. ka (Karcz, 2008). Natomiast warstwy osadów wzbogacone w piaskowce fos- Celem badañ by³o okreœlenie stopnia dynamiki œrodo- forytowe sedymentowa³y w warunkach progradacji facji wiska sedymentacji oraz rekonstrukcja œrodowiska wczesnej p³ycizn piaszczystych, zwi¹zanej z redepozycj¹ osadu i diagenezy czarnych ³upków ogniwa Passhatten z zastoso- jego transportem grawitacyjnym na sk³onach (Krajewski i waniem wybranych metod geochemicznych. in., 2007). Przewarstwienia te odzwierciedlaj¹ wielokrotne zmiany warunków sedymentacji — od niskoenergetyczne- Próbki i metodyka go, umiarkowanie natlenionego dna morskiego do znacz- nie lepiej natlenionego œrodowiska o wiêkszym udziale Do analiz geochemicznych pobrano wy³¹cznie próbki czarnych ³upków z profilu stratotypowego formacji Brava- isberget, który jest usytuowany w zachodniej czêœci Ziemi 1Pañstwowy Instytut Geologiczny — Pañstwowy Instytut Nathorsta na górze Bravaisberget w pó³nocnym obrze¿eniu Badawczy, ul. Rakowiecka 4, 00-975 Warszawa; przemy- fiordu Van Keulenfjorden (ryc. 2). Szczegó³owy profil for- [email protected] macji Bravaisberget zosta³ wykonany wzd³u¿ krawêdzi

918 Przegl¹d Geologiczny, vol. 57, nr 10, 2009

80° N

Ziemia Gustava Adolfa Gustav Adolf Land

79°

Ziemia Ziemia Oscara II Jamesa I Oscar II James I Ziemia Dicksona Land Land Ziemia Olafa V

Ziemia Sabiny Isfjorden 78° Ziemia Nordenskiölda Kapp Lee 78° Nordenskiöld Land Ryc. 2 Blanknuten Fig. 2

Ziemia Nathorsta Bellsund Van Keulenfjorden Ziemia Wedela Jarlsberga Wedel Jarlsberg 12° E Land Ziemia Torella 77° 77° Hornsund Ziemia Po³udniowego Przyl¹dka Sorkapp Land MorzeBarents Barentsa Sea Wychodnie grupy Sassendalen: Sassendalen Group outcrops: wychodnie formacji Bravaisberget Bravaisberget Formation outcrop belt 0 25 50 75 100km wychodnie formacji Botneheia Botneheia Formation outcrop belt

Ryc. 1. Zasiêg wystêpowania formacji Bravaisberget w archipelagu Svalbard z zaznaczeniem stratotypu formacji (na podstawie Dallmanna, 1999) Fig. 1. Map of the Svalbard archipelago showing location of stratotype for the Bravaisberget Formation and its outcrop belt (after Dallmann, 1999)

919 Przegl¹d Geologiczny, vol. 57, nr 10, 2009

WE Bravaisberget

Grupa Sassendalen Sassendalen Group Grupa Kapp Toscana Grupa Kapp Toscana Group Adventdalen Group

B1 Formacje V Vardebukta and Tvillingodden i Tvillingodden ardebukta Grupy Gipsdalen i Tempelfjorden Formations Gipsdalen and Tempelfjorden Groups

Ryc. 2. Po³udniowo-zachodni stok góry Bravaisberget od strony fiordu Van Keulenfjorden z zaznaczonymi granicami grup i formacji oraz lokalizacj¹ analizowanego profilu B1. Fot. K. Krajewski Fig. 2. South-western slope of the Bravaisberget Mountain exposed towards Van Keulenfjorden. White thick lines determine groups boundaries, whilst white thin lines determine formations and members boundaries. Analyzed profile is marked as B1. Photo by K. Krajewski

¿ebra skalnego, który oznaczono jako profil B1 (ryc. 2) gdzie: (Krajewski i in., 2007). Zmierzona mi¹¿szoœæ formacji FeHCl — ¿elazo reaktywne uwalniane z próbki trakto- wzd³u¿ profilu B1 wynosi 210 m. wanej w gor¹cym HCl w ci¹gu kilku minut Poniewa¿ czarne ³upki wystêpuj¹ wy³¹cznie w grani- (Raiswell i in., 1988); cach ogniwa Passhatten, zatem tylko ten odcinek profilu Fepir — ¿elazo zwi¹zane w pirycie. zosta³ dok³adnie opróbowany (pobrano ³¹cznie 50 próbek). Na ¿elazo reaktywne sk³ada siê ¿elazo pochodz¹ce z W celu zminimalizowania wp³ywu procesów wietrzenio- monosiarczków i wodorotlenków ¿elaza oraz z niektórych wych na analizowany materia³ skalny próbki czarnych ¿elazistych glinokrzemianów, takich jak na przyk³ad chlo- ³upków zosta³y pobrane z p³ytkich wkopów (do ok. 0,5 m ryty (Raiswell & Berner, 1985; Canfield, 1989; Leventhal g³êbokoœci) wykonanych wzd³u¿ linii profilu. Czarne ³upki & Taylor, 1990). ogniwa Passhatten to ³upki mu³owe, mu³owce piaszczyste i Iloœæ ¿elaza reaktywnego oznaczono w próbkach ³upków piaskowce mu³owcowe (Karcz, 2008). utartych w moŸdzierzu agatowym do frakcji < 63 μm. Do Spoœród metod geochemicznych wybrano wy³¹cznie próbek o masie 0,05–1 g dodano 5 ml 12N HCl i gotowano te, które mog¹ pos³u¿yæ do ró¿norodnych interpretacji œro- przez 1 minutê. Nastêpnie roztwór uzupe³niono zdejonizo- dowiska sedymentacji i wczesnej diagenezy. W grupie tej wan¹ wod¹ do potrzebnej objêtoœci i roztwór wraz z osa- znalaz³y siê analizy: stopnia pirytyzacji ¿elaza (DOP— dem przeniesiono do kolbek miarowych, pozostawiaj¹c go degree of pyritiaztion), stosunków izotopowych siarki przez dobê w celu osadzenia zawiesiny. Pomiary zawarto- (d34S), zawartoœci wêgla organicznego (TOC — total orga- œci ¿elaza metod¹ absorpcyjnej spektrometrii atomowej nic carbon) oraz analiza petrograficzna. wykonano spektrometrem PU 9100X w Instytucie Nauk DOP jest geochemicznym wskaŸnikiem, który umo¿li- Geologicznych PAN w Warszawie, stosuj¹c p³omieñ mie- wia interpretacjê natlenienia wód dennych i przypo- szaniny powietrza i acetylenu. Œredni b³¹d oznaczenia wierzchniowej warstwy osadu (Raiswell & Berner, 1985; wyniós³ ±5%. Zawartoœæ ¿elaza zwi¹zanego w pirycie Leventhal & Taylor, 1990) oraz roli ¿elaza reaktywnego i obliczono z iloœci siarki pirytowej (Spir) oznaczonej metod¹ wêgla organicznego w procesie tworzenia syngenetyczne- redukcji z zastosowaniem CrCl2 (Canfield i in., 1986) go i wczesnodiagenetycznego pirytu (SWP) (Berner, 1970; wed³ug równania: Berner & Raiswell, 1984; Raiswell i in., 1993). DOP przed- stawia siê za pomoc¹ wzoru: Fepir =Spir (% wag) ´ 0,871

DOP=Fepir /(Fepir +FeHCl) Œredni b³¹d oznaczenia zawartoœci siarki pirytowej wyniós³ ±8,5%.

920 Przegl¹d Geologiczny, vol. 57, nr 10, 2009

W celu oznaczenia iloœci siarki zwi¹zanej w pirycie rozk³adzie rozdrobnionej próbki ska³y (ok. 100 mg) w stosuje siê metodê rozk³adania próbek w gor¹cym, kwa- piecu w atmosferze helu lub azotu. Dok³adny opis tej meto- œnym roztworze CrCl2 (Canfield i in., 1986; Zaback & dyki opublikowali Espitalié i in., 1977. Pratt, 1992). W tej metodzie zawartoœæ siarki zwi¹zanej w Polerowane p³ytki cienkie, wykonane z czarnych pirycie oblicza siê z masy próbki wziêtej do reakcji i masy ³upków, badano w polaryzacyjnym mikroskopie optycz- wytr¹conego w ostatnim etapie reakcji siarczku srebra. nym (Olympus BH-2) w œwietle przechodz¹cym i odbitym. Stosunki izotopowe siarki w pirycie oznaczono w SO2 Analiza petrograficzna obejmowa³a analizê mikrofacjaln¹ powsta³ym poprzez spalanie mieszaniny Ag2S z CuO i granulometryczn¹, badania sk³adu mineralnego ziaren w pró¿ni w temperaturze 1000°C (Fritz i in., 1974). Stosun- detrytycznych i spoiw oraz identyfikacjê bioklastów. Kate- ki izotopowe siarki w zebranym i kriogenicznie oczyszczo- goryzacja wyró¿nionych mikroskopowo typów petrogra- nym SO2 oznaczono za pomoc¹ trójkolektorowego ficznych zosta³a wykonana zgodnie z klasyfikacj¹ ska³ plus spektrometru Finnigan Mat Delta , pracuj¹cego w syste- drobnoklastycznych Folka (1974). mie dwuwejœciowym w Laboratorium Izotopów Sta³ych Instytutu Nauk Geologicznych i Instytutu Paleobiologii Wyniki PAN w Warszawie. Wyniki podano w standardowym zapi- sie d (‰) w stosunku do VCDT (Vienna-Canyon Diablo Czarne ³upki ogniwa Passhatten obejmuj¹ ³upki Troilite — wzorca pochodz¹cego z meteorytu z kanionu mu³owe, mu³owce piaszczyste i piaskowce mu³owcowe Diablo). Powtarzalnoœæ oznaczeñ d34S mieœci siê w grani- (Karcz, 2008). £upki mu³owe i mu³owce piaszczyste s¹ to cach ±0,10‰. ska³y o strukturze œrednioziarnistej (0,01–0,03 mm) oraz Analizê zawartoœci wêgla organicznego wykonano podrzêdnie wystêpuj¹cej strukturze gruboziarnistej w Instytucie Nafty i Gazu w Krakowie aparatur¹ Rock-Eval 6. (0,04–0,06 mm). Ska³y te s¹ zdominowane przez teksturê Analiza pirolityczna Rock-Eval polega na termicznym warstwow¹ (smu¿yst¹) w dolnej czêœci profilu oraz przez

Tab. 1. Zestawienie zawartoœci ¿elaza reaktywnego (FeHCl, % wag), ¿elaza pirytowego (Fepir, % wag), stopnia pirytyzacji (DOP), wêgla organicznego (TOC, % wag) oraz sk³adu izotopowego siarki pirytowej (d34S, ‰ VCDT) czarnych ³upków ogni- wa Passhatten

Table. 1. Contents of reactive iron (FeHCl, weight %), pyrite iron (Fepyr, weight %), degree of pyritisation (DOP), organic carbon (TOC, weight %) and isotopic composition of pyrite sulphur (d34S, ‰ VCDT) of black shales of the Passhatten Member

Numery Numery Lp. Fepir 34 Lp. Fepir 34 próbek FeHCl DOP TOC d S próbek FeHCl DOP TOC d S No Fepyr No Fepyr Samples Samples 1 B1-12 0,09 0,1 0,53 0,65 –26,08 26 B1-100 0,08 0,03 0,29 2,46 –18,28 2 B1-24 0,09 0,29 0,76 1,57 0,14 27 B1-104 0,06 0,39 0,87 1,2 –17,92 3 B1-28 0,10 1,17 0,92 0,87 –25,79 28 B1-106 0,05 0,04 0,46 2,93 17,55 4 B1-30 0,11 0,14 0,56 1,16 –9,02 29 B1-109 0,03 0,39 0,92 1,12 9,23 5 B1-32 0,08 0,63 0,89 1,59 –8,99 30 B1-110 0,05 0,46 0,90 3,79 8,52 6 B1-44 A 0,10 0,17 0,64 2,2 –4,96 31 B1-112 0,04 0,13 0,77 4,92 13,63 7 B1-44 B 0,08 0,13 0,61 2,81 –2,82 32 B1-115 A 0,04 0,63 0,94 3,74 8,03 8 B1-45 33 B1-115 0,09 0,46 0,83 1,66 –10,39 B 0,05 1,2 0,96 3,99 4,19 9 B1-46 34 B1-115 0,1 1,14 0,92 1,79 5,4 C 0,04 0,5 0,93 3,31 0,38 10 B1-48 0,08 0,7 0,89 1,67 –10,43 35 B1-117 0,05 0,03 0,32 2,29 4,69 11 B1-63 0,07 0,13 0,63 2,27 –0,07 36 B1-119 0,04 0,55 0,93 3,28 4,11 12 B1-65 0,07 0,53 0,89 2,76 –5,5 37 B1-121 0,04 0,48 0,92 2,24 –2,61 13 B1-67 0,09 0,61 0,87 2,29 0,96 38 B1-123 0,05 0,55 0,91 2,37 0,74 14 B1-69 0,08 0,17 0,68 3 6,76 39 B1-124 0,04 0,66 0,94 2,06 3,55 15 B1-71 0,07 0,18 0,71 3,17 8,19 40 B1-126 0,07 0,35 0,83 1,76 –1,33 16 B1-75 A 0,08 0,08 0,48 1,9 –1,6 41 B1-128 0,03 0,47 0,94 2,21 2,63 17 B1-75 B 0,08 0,11 0,58 2,08 –0,6 42 B1-130 0,06 0,64 0,92 2,08 4,7 18 B1-75 C 0,08 0,75 0,90 3,15 2,23 43 B1-133 0,04 0,48 0,93 2,03 –0,05 19 B1-75 D 0,07 0,55 0,89 1,83 –1,34 44 B1-140 0,06 0,65 0,92 2,22 2,09 20 B1-75 E 0,06 0,06 0,48 2,16 2,25 45 B1-142 0,03 1,06 0,97 1,88 3,31 21 B1-77 0,07 0,44 0,86 1,73 –17,38 46 B1-144 A 0,04 0,9 0,96 1,91 1,14 22 B1-91 0,07 0,26 0,80 1,67 –12,39 47 B1-144 B 0,03 0,72 0,95 2,16 –3,41 23 B1-94 0,06 0,54 0,90 2,67 0,49 48 B1-144 C 0,03 0,78 0,96 3,09 –4,7 24 B1-96 0,05 0,44 0,90 2,07 –9,57 49 B1-144 D 0,02 1,13 0,98 1,85 2,55 25 B1-98 0,05 0,31 0,87 1,97 –20,32 50 B1-146 0,03 0,14 0,83 2,44 1,91 921 Przegl¹d Geologiczny, vol. 57, nr 10, 2009

DOP d34S‰ VCDT

S B1-146 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 +5 +10 +15 +20

B1-144D B1-144C B1-144B B1-144A 0,45 0,75 B1-142 B1-140 wartoœæ œrednia B1-133 average value ~2,5 B1-130 B1-128 B1-126

B1-124 B1-123 B1-121 B1-117 B1-119 B1-115C

B1-115B B1-112 B1-115A

Sassendalen Group B1-106 B1-110 B1-109

Passhatten Member

Bravaisberget Formation

B1-100 B1-98 B1-104 B1-96 B1-91 B1-94

B1-75E B1-77

B1-75D B1-75B B1-75C

B1-75A

grupa Sassendalen B1-71 B1-69 B1-67

ogniwo Passhatten B1-65 B1-63 B1-48

formacja Bravaisberget B1-46 B1-44B B1-45

B1-44A wartoœæ œrednia B1-32 average value ~2 B1-30 B1-12 B1-28 B1-24 DOP 0,40,6 0,5 0,7 0,8 0,9 1,0 TOC % wagowe Formation weight % 0 123 4 5

Tvillingodden

Formacja Bravaisberget Formacja Tvillingodden wartoœæ œredniad34 S równowiekowego siarczanu oceanicznego

formacja Bravaisberget Formation Tvillingodden Formation

Tvillingodden (na podstawie Fanlo i Ayory, 1998) piaskowce mu³owce piaszczyste average value ofd34 S of coeval sea water sulphate sandstones sandy siltstones (after Fanlo & Ayora, 1998) mu³owce S–ogniwo Somovbreen siltstones Somovbreen Member czarne ³upki DOP – stopieñ pirytyzacji ¿elaza black shales degree of pyritization piaskowce fosforytowe TOC – ca³kowity wêgiel organiczny phosphatic grainstones total organic carbon konkrecje fosforytowe VCDT – wzorzec pochodz¹cy z troilitu (FeS) z meteorytu odkrytego w kanionie Diablo phosphate nodules Canyon Diablo Troilit (FeS) standard

922 Przegl¹d Geologiczny, vol. 57, nr 10, 2009 teksturê warstwow¹ (p³askorównoleg³¹) w górnej czêœci profilu. Tekstura p³askorównoleg³a jest podkreœlona przez q q kierunkowe u³o¿enie kalcytowych skorupek ma³¿y cienko- skorupowych. Piaskowce mu³owcowe s¹ ska³ami o struk- turze od bardzo drobno- do drobnoziarnistej (0,07–0,12; 0,13–0,25 mm) oraz teksturze warstwowej (smu¿ystej). W P-f piaskowcach tych zaobserwowano równie¿ wystêpowanie P-f q tekstury warstwowej (p³askorównoleg³ej), jednak ta wystêpuje wy³¹cznie podrzêdnie. P-f G³ównym sk³adnikiem mineralnym szkieletu ziarnowego badanych ska³ jest kwarc. Przeciêtnie stanowi on ok. 23% objêtoœciowych w ³upkach mu³owych i mu³owcach piasz- P-f q czystych oraz ok. 50% w piaskowcach mu³owcowych. Ponadto stwierdzono obecnoœæ muskowitu, biotytu, q chlorytu (1–5%) oraz wystêpuj¹cych podrzêdnie skaleni 0,5 mm potasowych i plagioklazów, minera³ów ciê¿kich, jak tyta- nit, rutyl, turmalin, cyrkon i granat. Ryc. 4. Piryt framboidalny (P-f) w mu³owcu piaszczystym; q — Mikrobioturbacje wystêpuj¹ we wszystkich typach ziarna kwarcu. Zdjêcie p³ytki cienkiej z próbki B1-12 z dolnej petrograficznych analizowanych ska³ i na ca³ej d³ugoœci czêœci profilu; przekrój pionowy; polaryzacyjny mikroskop profilu ogniwa Passhatten. Identyfikacja struktur, bêd¹cych optyczny, nikole równoleg³e wynikiem aktywnoœci ¿yciowej mu³o¿erców, zosta³a doko- Fig. 4. Framboidal pyrite (P-f) in sandy siltstone; q — quartz nana na podstawie analizy anomalnych skupisk mineral- grains. Photograph of thin section from sample B1-12 from lower nych ziaren detrytycznych, które sk³adem mineralnym section of the Passhatten Member; vertical section; polarizing znacznie siê ró¿ni¹ od ziaren detrytycznych dominuj¹cych microscope image with parallel nicols w okreœlonej powierzchni ska³y. Zazwyczaj struktury osi¹gaj¹ rozmiary rzêdu 2–10 mm. Uzyskana w trakcie obserwacji mikroskopowych statystyka liczebnoœci biotur- q bacji ujawni³a, i¿ struktury bêd¹ce wynikiem aktywnoœci P-µ ¿yciowej mu³o¿erców s¹ znacznie bardziej powszechne w dolnym odcinku profilu ni¿ w górnym, gdzie znajduj¹ siê warstwy pozbawione bioturbacji. P-µ Obecnoœæ wczesnodiagenetycznego pirytu stwierdzo- no we wszystkich analizowanych próbkach skalnych. Piryt jest wy³¹cznie minera³em akcesorycznym i wystêpuje w P-µ postaci pojedynczych kryszta³ów lub ich skupisk. W obra- q zach mikroskopowych rozpoznano zarówno framboidalne (ryc. 4) jak i mikrokrystaliczne (ryc. 5) wykszta³cenie tego q minera³u. Mikrokryszta³y pirytu o bardzo nieregularnym kszta³cie wystêpuj¹ na ca³ej d³ugoœci analizowanego profi- 0,25 mm lu i dominuj¹ nad framboidami, których zawartoœæ spada znacz¹co w górnym odcinku profilu (Karcz, 2008) Zawartoœæ ¿elaza reaktywnego w badanych ska³ach Ryc. 5. Mikrokryszta³y pirytu (P-μ) w mu³owcu piaszczystym; waha siê w przedziale 0,02–0,11% wagowych i zmniejsza q — ziarna kwarcu. Zdjêcie p³ytki cienkiej z próbki B1-110 z gór- nej czêœci profilu; przekrój pionowy; polaryzacyjny mikroskop siê sukcesywnie przez ca³y profil ogniwa Passhatten w kie- optyczny, nikole równoleg³e runku warstw stratygraficznie m³odszych. Fig. 5. Pyrite microcrystals (P-μ) in sandy siltstone; q — quartz Zawartoœæ ¿elaza pirytowego zmienia siê w granicach grains. Photograph of thin section from sample B1-110 from upper 0,03–1,2% wagowych. W dolnym odcinku profilu zawar- section of the Passhatten Member; vertical section; polarizing toœæ ¿elaza pirytowego zmniejsza siê w kierunku warstw microscope image with parallel nicols przystropowych, natomiast w górnym siê zwiêksza. Œred- nia zawartoœæ w dolnym i górny odcinku profilu wynosi B1-106 i 117 (DOP — 0,46 i 0,32) charakteryzuje siê du¿o odpowiednio 0,4 i 0,5% wagowych. mniejszym rozrzutem wartoœci DOP (0,77–0,98). 34 Wyliczone wartoœci stopnia pirytyzacji ¿elaza oscyluj¹ Wartoœci d S w badanych próbkach B1 mieszcz¹ siê w w zakresie 0,27–0,98 (tab. 1 i ryc. 3). Wartoœci œrednie przedziale od –26‰ do +17‰ VCDT (tab. 1 i ryc. 3). Jed- DOP w dolnej i górnej czêœci profilu wynosz¹ odpowied- nak¿e kolejne odcinki profilu B1 cechuj¹ siê odmiennymi nio 0,7 i 0,9. Dolna czêœæ profilu charakteryzuje siê du¿ymi zakresami wartoœci d34S: w próbkach 12–71 od –26‰ do rozrzutami wyników (0,29–0,92), w przeciwieñstwie do +8‰, 75A–104 od –17‰ do –1‰, 104–106 od –17‰ do górnego odcinka profilu, który z wyj¹tkiem dwóch próbek +17‰, 106–146 od –4‰ do +17‰.

¬ Ryc. 3. Wykres wartoœci stopnia pirytyzacji ¿elaza, wêgla organicznego i sk³adu izotopowego siarki pirytowej (d34S) w czarnych ³upkach ogniwa Passhatten (uproszczony profil stratotypowy formacji Bravaisberget wg Krajewskiego i in., 2007) Fig. 3. Scheme showing the degree of pyritization and organic carbon and isotopic composition of pyrite sulphur (d34S) of the Passhatten Member black shales (simplified stratotype profile of the Bravaisberget Formation after Krajewski et al., 2007)

923 Przegl¹d Geologiczny, vol. 57, nr 10, 2009

1,0 Yx= -0,007 + 0,9111 A 2 R = 0,0496 œrodowisko euksyniczne euxinic environment 2 (DOP>0,75) 0,8 1 0,75 Yx= -0,0026 + 0,7218 2 R = 0,0221 œrodowisko s³abo natlenione 0,6 dysoxic environment (0,45

DOP 0,45 0,4

œrodowisko zdominowane

34 przez wody natlenione d environment dominated

34 0,2 d by oxygenated water (DOP<0,45)

sea water sulphate

siarczanu oceanicznego

(after Fanlo & Ayora, 1998)

average value of S of coeval

(na podtawie Fanlo i Ayory, 1998)

wartoœæ œrednia S równowiekowego 0 -30 -20 -10 0 +10 +20 d34S‰ VCDT próbki dolnej czêœci próbki górnej czêœci prosta regresji dla próbek prosta regresji dla próbek ogniwa (B1-12–B1-104) ogniwa (B1-106–B1-146) z dolnej czêœci ogniwa z górnej czêœci ogniwa samples from lower section samples from upper section 1 regression line for samples 2 regression line for samples of the member (B1-12–B1-104) of the member (B1-106–B1-146) from lower section of the member from upper section of the member

Yx= -0,0081 + 0,913 1,0 R2 = 0,0029 B œrodowisko euksyniczne 2 euxinic environment (DOP>0,75) 0,8 1 0,75 Yx= -0,0508 + 0,8423 2 R = 0,0466 œrodowisko s³abo natlenione 0,6 dysoxic environment (0,45

DOP 0,45 0,4

œrodowisko zdominowane przez wody natlenione environment dominated 0,2 by oxygenated water (DOP<0,45)

% wagowe 0 weight % 0 1 2 TOC 3 4 5 Ryc. 6. Wykres zale¿noœci parametrów geochemicznych czarnych ³upków ogniwa Passhatten pomiêdzy: A — stopniem pirytyzacji ¿elaza (DOP) a sk³adem izotopowym siarki pirytowej (d34S); B — DOP a zawartoœci¹ wêgla organicznego (TOC) Fig. 6. Relationship for black shales of the Passhatten Member between: A — degree of pyritization (DOP) and isotopic composition of pyrite sulphur (d34S); B — DOP and organic carbon (TOC)

Zawartoœæ wêgla organicznego w badanych ska³ach ków DOP, d34S, TOC i ¿elaza reaktywnego (zosta³a ziden- oscyluje w zakresie 0,6–4,92 % wagowych (tab.1 i ryc. 3), tyfikowana w próbkach od B1-12 do B1-104), przy czym dolna czêœæ profilu charakteryzuje siê ni¿sz¹ ‘ czêœæ górna — powsta³a po drugim pulsie transgre- œredni¹ zawartoœci¹ wêgla organicznego, która wynosi 2% sywnym i cechuj¹ca siê mniejszymi rozrzutami wyników wagowe. Górny odcinek profilu cechuje siê wy¿sz¹ œredni¹ wymienionych parametrów geochemicznych (zaliczono zawartoœci¹ wêgla organicznego (2,5% wagowego). do niej próbki od B1-106 do B1-146). Wyniki badañ petrograficznych i geochemicznych s¹ Granica pomiêdzy tymi dwiema czêœciami profilu charakterystyczne dla dwuetapowego procesu sedymentacji zosta³a wyznaczona na bardzo krótkim odcinku, odpowia- ogniwa Passhatten. Na tej podstawie profil ogniwa zosta³ daj¹cym interwa³owi pomiêdzy próbkami B1-104–B1-106 podzielony na dwie czêœci, które odpowiadaj¹ kolejno pul- (ryc. 3). Zró¿nicowanie to jest równie¿ odzwierciedlone som transgresywnym wczesnego i póŸnego anizyku: przez wiêkszy udzia³ materia³u drobnoziarnistego w górnej ‘ czêœæ dolna — osadzona po pierwszym pulsie trans- czêœci ogniwa ni¿ w dolnej (Krajewski i in., 2007; Karcz, gresywnym, cechuje siê du¿ym rozrzutem wartoœci wyni- 2008).

924 Przegl¹d Geologiczny, vol. 57, nr 10, 2009

0,12 Ryc. 7. Wykres zale¿noœci pomiêdzy zawartoœci¹ ¿elaza reaktywnego (FeHCl)

weight %

% wagowe 0,10 a zawartoœci¹ wêgla organicznego (TOC) w czarnych ³upkach ogniwa Passhatten. Objaœnienia na ryc. 6 Yx= -0,008 + 0,094 Fig. 7. Reactive iron (Fe ) and organic 2 HCl 0,08 R = 0,1402 carbon (TOC) relationship for black shales of the Passhatten Member. Explanations as given in Fig. 6 HCl 0,06 2

Fe

0,04 1

0,02 Yx= 0,0027 + 0,0344 R2 = 0,0447

% wagowe 0,00 weight % 0 12TOC 3 4 5

pomiêdzy wskazanymi parametrami geochemicznymi Dyskusja (ryc. 6B). Próbki z dolnej czêœci profilu reprezentuj¹ bowiem warunki, w których proces wytr¹cania SWP by³ Wyniki badañ wspó³czesnych œrodowisk sedymenta- ograniczony dostêpnoœci¹ wêgla organicznego oraz ¿elaza cyjnych dowodz¹ istnienia du¿ych ró¿nic w zawartoœci reaktywnego. Rozwój warunków tego typu by³ wynikiem ¿elaza i wêgla organicznego w odmiennych facjach tych aktywnoœci natlenionych i s³abo natlenionych pr¹dów den- samych basenów sedymentacyjnych (Berner, 1970, 1984; nych oraz aktywnoœci mu³o¿erców, co w konsekwencji Rozanov i in., 1974; Jørgensen, 1978; Leventhal, 1983; Raiswell & Berner, 1985; Anderson i in., 1987; Boesen & przyczyni³o siê do zubo¿enia osadu w materiê organiczn¹ Postma, 1988; Raiswell i in., 1988; Middelburg, 1991; (Karcz, 2008). Procesy te by³y ju¿ zreszt¹ opisywane: Ber- Lyons, 1997). Ró¿nice te wystêpuj¹ zarówno w basenach ner (1970, 1984), Rozanov i in. (1974), Raiswell i Berner stagnuj¹cych, które cechuj¹ siê stratyfikowan¹, beztle- (1985), Anderson i in. (1987), Boesen i Postma (1988) oraz now¹ kolumn¹ wody, jak i w basenach o wiêkszej dynami- Raiswell i in. (1988). ce i normalnym stopniu natlenienia (Berner, 1970, 1984). Uwzglêdniaj¹c rozk³ad wyników z próbek Wykazanie tych ró¿nic umo¿liwia rozpoznanie warunków, pochodz¹cych zarówno z dolnej, jak i górnej czêœci profilu w jakich akumulowa³y osady ogniwa Passhatten i przebie- mo¿na sugerowaæ, ¿e wskutek wyczerpania siê ¿elaza w ga³ proces wytr¹cania SWP. œrodowisku zdominowanym przez wody beztlenowe two- Zestawienie wartoœci DOP oraz d34S pirytu (ryc. 6A) rzenie SWP by³o ograniczone dostêpnoœci¹ ¿elaza reak- ukazuje brak korelacji pomiêdzy wymienionymi parame- tywnego (ryc. 6B), co jest typowe dla wiêkszoœci morskich trami geochemicznymi, du¿y rozrzut wartoœci d34S i DOP œrodowisk beztlenowych (Jørgensen, 1978; Leventhal, w próbkach pochodz¹cych z dolnej czêœci profilu B1 1983; Middelburg, 1991). (12–104) oraz mniejszy rozrzut wartoœci d34S i DOP w Wyniki analizy zale¿noœci pomiêdzy zawartoœci¹ ¿ela- próbkach górnej czêœci profilu (106–146), które odzna- za reaktywnego i wêgla organicznego sugeruj¹, ¿e w dolnej czaj¹ siê wy¿szymi wartoœciami DOP. Du¿y rozrzut warto- czêœci profilu ogniwa Passhatten wraz ze wzrostem zawar- œci zarówno DOP, jak i d34S w dolnej czêœci profilu jest toœci wêgla organicznego nastêpowa³o obni¿enie zawarto- odzwierciedleniem naprzemiennej dominacji wód s³abo œci ¿elaza reaktywnego (ryc. 7). Interpretacja ryciny 7 natlenionych i beztlenowych, co mo¿e œwiadczyæ o wiêk- nasuwa równie¿ wniosek, ¿e wytr¹canie SWP by³o ograni- szej dynamice œrodowiska sedymentacji. czone dostêpnoœci¹ ¿elaza w górnej czêœci profilu, co jest Zmniejszenie rozrzutu wartoœci DOP i d34S w próbkach zgodne z wnioskami uzyskanymi na podstawie analizy z górnej czêœci profilu umo¿liwia wyci¹gniêcie wniosku o wspó³zale¿noœci DOP i wêgla organicznego. szybkim wyczerpywaniu siê zasobów ¿elaza reaktywnego w wyniku masowego wytr¹cania SWP w œrodowisku o Wnioski obni¿onej dynamice, zdominowanym przez wody beztle- nowe. Wyniki badañ geochemicznych umo¿liwiaj¹ interpre- Raiswell i Berner (1985) udowodnili, ¿e analiza tacjê, ¿e dolna czêœæ ogniwa Passhatten by³a deponowana wspó³zale¿noœci pomiêdzy DOP oraz zawartoœci¹ ¿elaza w œrodowisku, w którym proces wytr¹cania SWP by³ ogra- reaktywnego i wêgla organicznego jest pomocna w inter- niczony dostêpnoœci¹ wêgla organicznego oraz ¿elaza pretacji warunków, w jakich przebiega³ proces wytr¹cania reaktywnego. Prawdopodobnie przyczyn¹ zubo¿enia œro- SWP, a zw³aszcza w okreœlaniu dostêpnoœci ¿elaza reak- dowiska wczesnej diagenezy w materiê organiczn¹ by³y tywnego lub wêgla organicznego. Wykres zale¿noœci s³abo natlenione pr¹dy przydenne oraz aktywnoœæ mu³o¿er- pomiêdzy DOP i TOC w czarnych ³upkach ogniwa Pass- ców w okresach dominacji wód silniej natlenionych. Nato- hatten pokazuje, ¿e nie istnieje pozytywna wspó³zale¿noœæ miast ograniczenie w dostêpnoœci ¿elaza reaktywnego by³o

925 Przegl¹d Geologiczny, vol. 57, nr 10, 2009 prawdopodobnie wynikiem okresowej dominacji wód bez- DALLMANN W.K. (ed.) 1999 — Lithostratigraphic lexicon of tlenowych (Karcz, 2008). Svalbard. Upper Paleozoic to Quaternary bedrock. Review and recommendations for nomenclature use. Norsk Polarinstitutt, Tromsø. Na krótkim odcinku profilu (interwa³ pomiêdzy prób- ESPITALIÉ J., LAPORTE J.L., MADEC M., MARQUIS F., LEPLAT P., kami 104–106) jest zarejestrowana wyraŸna zmiana warto- PAULET J. & BOUTEFEU A. 1977 — Méthode rapide de caractéri- œci i trendów wyników geochemicznych (ryc. 3). Rozrzut zation des roches méres de leur potential pétrolier et de leur degreé d’évolution. Rev. Inst. Fr. Pétrol., 32: 23–42. wartoœci wyników geochemicznych, zw³aszcza DOP i FANLO I. & AYORA C. 1998 — The evolution of the Lorraine 34 d S, w dolnej czêœci profilu jest du¿y, zmniejsza siê zaœ w evaporite basin: implications for the chemicals and isotope composi- jego górnej czêœci, gdzie wartoœci parametrów s¹ ogólnie tion of the Triassic ocean. Chem. Geol., 146: 135–154. FOLK R.L. 1974 — Petrology of sedimentary rocks. Hemphill, Austin, wy¿sze. Zmianê tê nale¿y interpretowaæ jako wzrost sta- Texas. gnacji œrodowiska sedymentacji. By³ on prawdopodobnie FRITZ P., DRIMMIE R.J. & NOWICKI V.Y. 1974 — Preparation of skutkiem regionalnej transgresji morskiej póŸnego anizy- sulfur dioxide for mass spectrometer analyses by combustion of sulfi- ku, której zapis zosta³ zaobserwowany przez Mørka i in., des with cooper oxide. Anal. Chem., 46: 164–166. JØRGENSEN B.B. 1978 — A comparison of methods for the quantifica- (1989) dok³adnie w tym krótkim odcinku profilu. tion of bacterial sulfate reduction in coastal marine sediments. III. Esti- Górna czêœæ ogniwa Passhatten akumulowa³a w œrodo- mation from chemical and bacteriological data. Geomicrobiol. J., 1: 49–64. wisku, w którym proces wytr¹cania SWP by³ masowy, co KARCZ P. 2008 — Geneza czarnych facji triasu œrodkowego na Spits- spowodowa³o wyczerpanie siê zasobów ¿elaza reaktywne- bergenie na podstawie wskaŸników geochemicznych. Arch. Instytutu Nauk Geologicznych PAN, Warszawa. go. Masowe wytr¹canie SWP by³o wynikiem dominacji KRAJEWSKI K.P. 2000 — Phosphogenic facies and processes in the wód beztlenowych. Triassic of Svalbard. Stud. Geol. Pol., 116: 7–84. Powszechna obecnoœæ framboidów pirytowych w KRAJEWSKI K.P., KARCZ P., WONY E. & MØRK A. 2007 — s¹siedztwie nieregularnych mikrokryszta³ów pirytu w dol- Type section of the Bravaisberget Formation (Middle Triassic) at Bravaisberget, western Nathorst Land, Spitsbergen, Svalbard. Pol. nej czêœci profilu by³a wynikiem wytr¹cania siarczków w Polar Res., 28, 2: 79–122. systemie otwartym (to jest w warunkach swobodnego LEVENTHAL J.S. 1983 — An interpretation of carbon and sulfur rela- dop³ywu jonu siarczanowego), w warunkach wysokiego tionships in Black Sea sediments as indicators of environments of deposition. Geochim. Cosmochim. Acta, 47: 133–137. tempa bakteryjnej redukcji siarczanu, w œrodowisku zdo- LEVENTHAL J.S. & TAYLOR C. 1990 — Comparison of methods to minowanym przez wysoce reaktywn¹ materiê organiczn¹. determine degree of pyritization. Geochim. Cosmochim. Acta, 54: Powodem zmniejszenia zawartoœci framboidów piry- 2621–2625. towych w górnej czêœci profilu by³o z kolei wytr¹canie LYONS T.W. 1997 — Sulfur isotopic trends and pathways of iron sul- fide formation in upper Holocene sediments of the anoxic Black Sea. siarczków w bardziej zamkniêtym systemie (o utrudnio- Geochim. Cosmochim. Acta, 61: 3367–3382. nym dop³ywie jonu siarczanowego), w warunkach wol- MIDDELBURG J.J. 1991 — Organic carbon, sulfur and iron in recent niejszego tempa bakteryjnej redukcji siarczanu i w semi-euxinic sediments of Kau Bay, Indonesia. Geochim. Cosmochim. œrodowisku zdominowanym przez mniej reaktywn¹ mate- Acta, 55: 815–828. MØRK A. & BJORØY M. 1984 — Mesozoic source rock on Svalbard. riê organiczn¹. [In:] Spencer A.M. et al. (ed.) Petroleum geology of the North Europe- an margin. Norwegian Petroleum Society, Graham & Trotman, Lon- Niniejszy artyku³ przedstawia najwa¿niejsze za³o¿enia roz- don: 371–382. prawy doktorskiej Geneza czarnych facji triasu œrodkowego na MØRK A., EMBRY A.F. & WEITSCHAT W. 1989 — Triassic trans- Spitsbergenie na podstawie wskaŸników geochemicznych, która gressive-regressive cycles in the Sverdrup Basin, Svalbard and the zosta³a wykonana w Instytucie Nauk Geologicznych Polskiej Barents Shelf. [In:] Collinson J. D. (ed.) Correlation in hydrocarbon Akademii Nauk w Warszawie w 2008 r. exploration. Graham & Trotman, London: 113–130. MØRK A., KNARUD R. & WORSLEY D. 1982 — Depositional and diagenetic environments of the Triassic and Lower Jurassic succession Literatura of Svalbard. [In:] Embry A.F. & Balkwill H.R. (eds.) Artic geology and geophysics. Can. Soc. Petrol. Geol. Mem., 8: 371–398. ANDERSON T.F., KRUGER J. & RAISWELL R. 1987 — C-S-Fe PÈELINA T.M. 1983 — New data on the Mesozoic stratigraphy of the relationships and the isotopic composition of pyrite in the New Albany Spitsbergen Archipelago. [In:] Krasil’nikow A.A. & Basov V.A. (eds.) Shale of the Illinois Basin, USA. Geochim. Cosmochim. Acta, 51: Geology of Spitsbergen. PGO Sevmorgeo, Leningrad: 121–141. 2795–2805. RAISWELL R. & BERNER R.A. 1985 — Pyrite formation in euxinic BERNER R.A. 1970 — Sedimentary pyrite formation. Amer. J. Sci., and semi-euxinic sediment. Amer. J. Sci., 285: 710–724. 268: 1–23. RAISWELL R., BOTTRELL S.H., ALBIATTY H.J. & TAN M.M. BERNER R.A. 1984 — Sedimentary pyrite formation: An update. 1993 — The influence of bottom water oxygenation and reactive iron Geochim. Cosmochim. Acta, 48: 605–615. content on sulfur incorporation into bitumens from Jurassic marine sha- BERNER R.A. & RAISWELL R. 1984 — C/S method for distinguis- les. Amer. J. Sci., 293: 569–596. hing freshwater from marine sedimentary rocks. Geology, 12: 365–368. RAISWELL R., BUCKLEY F., BERNER R.A. & ANDERSON T.F. BIRKENMAJER K. 1977 — Triassic sedimentary formations of the 1988 — Degree of pyritization of iron as a paleoenvironmental indica- Horsund area, Spitsbergen. Stud. Geol. Pol., 51: 7–74. tor of bottom-water oxygenation. J. Sediment. Petrol., 58: 812–819. BOESEN C. & POSTMA D. 1988 — Pyrite formation in anoxic sedi- ROZANOV A.G., VOLKOV I.I. & YAGODINSKAYA T.A. 1974 — ments of the Baltic Sea. Amer. J. Sci., 288: 575–603. Forms of iron in surface layers of Black Sea sediments. [In:] Degens BUCHAN S.H., CHALLINOR A., HARLAND W.B. & PARKER J.R. E.T. & Ross D.A. (eds.) The Black Sea — geology, chemistry, biology. 1965 — The Triassic stratigraphy of Svalbard. Norsk Polarinstitute Amer. Assoc. Petrol. Geol. Mem., 20: 532–541. Skrifer, 135: 1–94. ZABACK D.A. & PRATT L.M. 1992 — Isotope composition and CANFIELD D.E. 1989 — Reactive iron in marine sediments. Geochim. speciation of sulfur in the Miocene Monterey Formation: reevaluation Cosmochim. Acta, 53: 619–632. of sulfur reactions during early diagenesis in marine environments. CANFIELD D.E., RAISWELL R., WESTRICH J.T., REAVES C.M. & Geochim. Cosmochim. Acta, 56: 763–774. BERNER R.A. 1986 — The use of chromium reduction in the analysis of reduced inorganic sulphur in sediments and shales. Chem. Geol., 54: Praca wp³ynê³a do redakcji 00.00.2009 r. 149–155. Po recenzji akceptowano do druku 16.07.2009 r.

926 Cena 12,00 z³ (w tym 0% VAT) TOM 57 l NR 10 (PADZIERNIK) l 2009 Indeks 370908 ISSN-0033-2151 Zdjêcie na ok³adce: Pak lodowy blokuj¹cy zatokê Adriabukta w fiordzie Hornsund, Spitsbergen. W tle góra Hornsundtind (1431 m n.p.m.). Fot. P. Karcz (patrz str. 918) Cover photo: Pack ice blocked mouth of the Adria Bay (Adriabukta), Hornsund Fjord, Spistbergen. Mt. Hornsundtind (1431 m a.s.l.) in the background. Photo by P. Karcz (see page 918) Archipelag Svalbard w obiektywie Przemys³awa Karcza (patrz str. 918)

Ryc. 1. Zabytkowa chata traperska w okolicach Kapp Lee, wyspa Edgeøya

Ryc. 2. Koniec lata w okolicy Blanknuten na wyspie Edge¸ya. Zdjæcie zrobiono 15 wrzeœnia 2005 r.

927 Archipelag Svalbard w obiektywie Przemys³awa Karcza (patrz str. 918)

Ryc. 3. Cmentarzysko wielorybów w Zatoce Gêsi w fiordzie Hornsund na Spitsbergenie

Ryc. 4. Renifery pas¹ce siê w okolicach fiordu Hornsund Ryc. 5. Lis polarny w letniej szacie. Okolice Kapp Lee, wyspa EdgeÝya

Ryc. 6. Stado morsów patroluj¹ce wody przybrze¿ne w okolicach Kapp Lee, wyspa EdgeÝya

928