Comparative lithological and geochemical studies of the Palaeozoic rocks from western Bulgaria

First attempt to link the lithological data for Ordovician, Silurian, Devonian and Upper Carboniferous rocks from the Svoge Anticlinorium and the Sofiyska Stara Planina Mountain to the results from the multivariate mathematics analysis of data for macro- and microchemical composition of the rocks (correspondence and cluster analysis) was made in the present study. Four groups with enhanced content of the certain macroelements were divided: I - with SiO₂; II - with CaO; III - with Na₂О; III - with Al, Fe, Mn, Mg, K, volatile and Ti; and 9 subgroups (I^a, I^b, I^c, III^a, III^b, III^c, IV^a, IV^b, IV^c). The group I^a includes Ordovician quartzites, Upper Devonian sandstones, Devonian silicites and Upper Carboniferous sandstones; I^b is composed of mainly Upper Carboniferous polymictic sandstones; I^c consists of argillites of Ordovician, Silurian and Devonian ages. Group II contains sandstones abundant in Ca. Group III comprises sandstones of various ages and with diverse degree of transformation (catagenetic and low metamorphic) or with assistance of volcanic rocks in the source province. Group IV contains argillites: IV^a - from the Ordovician Grohoten Formation, tightly linked to Al and K; IV^b - from the Tzeretzel Formation, from Upper Silurian, Lower and Middle Devonian, and a part of the Upper Carboniferous argillites; IV^c - argillites from the transitional interval between Silurian and Devonian as well as chert argillites from the Lower Silurian. Four groups were determined on the dendrogram obtained after cluster analysis with respect to the microcomposition. The first group (I) contains samples with high amount of Mn (Tzeretzel Formation, Upper Silurian, Middle and Upper Devonian silicites and argillites, Carboniferous sandstones and argillites). The second group (II) is abundant of V, Cr, Rb (Silurian graptolite argillites, less Devonian, Ordovician and Upper Carboniferous argillites). The group III is abundant of Zr (clastic rocks from the Grohoten Formation and from Upper Carboniferous) and group IV is composed of samples with high Sr content (mainly Upper Devonian). The detached groups regarding to macro- and microcomposition are resulting from mineralogical and petrographical features of the rocks and thus they correlate with each other in a certain degree. A certain tendency of variations in the geochemical features of the rocks were established regarding to their evolution from mature sediments (Ordovician and Silurian) to immature sediments (Upper Devonian, Upper Carboniferous), to he change of marine sedimentation (Ordovician - Devonian) to continental one (Upper Carboniferous); to the change in the provenance (sedimentary rocks in the Ordovician and the Silurian, the same plus metamorphic in the Devonian, previous plus intrusivc rocks in the Upper Carboniferous); to the influence of the climate (weaker in the marine deposits and stronger in the continental Upper Carboniferous) etc.

Сл. Янeв, Я. Хрисчев. Сравнительные лuтолого-геохимические исследованuя палеозойских осадочных пород Западной Болгарии. Работа является первым опытом параллельного обсуждения литологичсских данных по палеозойским осадочным породам Западной Болгарии и результатов многомерного математического анализа их макро- и микрохимического состава. Изучались породы ордовикской, силурийской и девонской систем, а также – верхнекарбоновая серия в Свогенском антиклинории и в Софийской части Балканской (Старопланинской) горной цепи. Использовались корреспондентный и кластерный анализы. Выделены четыре группы пород с повышенным содержанием некоторых макроэлементов: I - Si; II - Са; III - Na; IV - AI, Fe, Mg, Мn, К, Ti (а также - летучих). Группы I, III и IV разделены на подгруппы: I^a, I^b, I^c, III^a, III^b, III^c, IV^a, IV^b и IV^c. К подгруппе I^a относятся ордовикские кварциты, верхнедевонские песчаники, девонские силициты, верхнекарбоновые песчаники; I^b охватывает главным образом аргиллиты ордовика, силура и девона; к I^c относятся аргиллиты ордовика, силура и девона. Группа II объединяет песчаники с высоким содержанием Са. Группа III представлена песчаниками разного возраста и разностепенного изменения (катагенетического и раннеметаморфического). В нее входят также породы, образованные за счет разрушения вулканитов в питающих провинциях. В группу IV входят аргиллиты: IV^a – ордовикские аргиллиты Грохотенской свиты с АI и К; IV^b – аргиллиты Церецелской свиты, верхнего силура, нижнего и среднего девона, а также - часть верхнекарбоновых аргиллитов; IV^c – силурийско-девонские аргиллиты и кремнистые аргиллиты нижнего силура. При помощи кластерного анализа микрокомпонентов выделено IV группы пород: I – породы с высоким содержанием Мn: Церецелская свита, породы верхнего силура, среднего-верхнего девона (силициты, аргиллиты), а также - песчаники и аргиллиты верхнего карбона; II – породы с повышенными содержаниями V, Cr, Rb (силурийские граптолитовые аргиллиты, в меньшей степени - аргиллиты девона, ордовика и верхнего карбона); III – породы со значительно повышенным содержанием Zr (кластические породы Грохотенской свиты и верхнего карбона); IV – с высокими содержаниями Sr (главным образом верхнедевонские). Существование выделенных групп разного макро- и микросостава обусловлено минералогическими и петрографическими особенностями пород. Этим объясняется и некоторая степень коррелируемости. Выявлены определенные тенденции в изменении геохимических особенностей пород. Изменения связаны с эволюцией осадконакопления, а именно: после зрелых осадков (ордовик и силур) происходило накопление незрелых (верхний девон, верхний карбон); морское осадконакопление (ордовик-девон) сменилось континентальным (верхний карбон); ясно выражено также влияние питающих провинций, которые были сложены осадочными породами (в ордовике и силуре), осадочными и метаморфическими (в девоне), осадочными, метаморфическими и магматическими (плутоническими) – в верхнем карбоне. Изменения отражают также влияние климата (в континентальных отложениях этот фактор выражен более четкочем в морских) и т. д.