Ordoviitsiumi Zebre kihistu stratigraafia ja kasutatavus Lõuna-Eestis [Magistritöö. Juhendajad: O. Hints, T. Ani]

Ordoviitsiumi ajastul (u 487-443 mln a tagasi) toimusid murrangulised sündmused planeedi keskkonnas ja elu arengus. Ordoviitsiumi merelised settekivimid on levinud kõikjal Eestis ning tänu terviklikkusele, heale säilivusele ja kivististerohkusele kujutavad need endast unikaalset Maa ajaloo arhiivi. Mitmed Eestile olulised maapõueressursid on samuti seotud Ordoviitsiumi kivimitega, sh kukersiitpõlevkivi, fosforiit, lubjakivi ja põhjaveekihid. Põhja-Eestis, kus asub Ordoviitsiumi avamus ja paljandid, on ajastu kivimid põhjalikult uuritud ja nende stratigraafiline liigestus üks detailsemaid maailmas. Seevastu Lõuna-Eestis, kus Ordoviitsiumi kihid lasuvad sadade meetrite sügavusel, pärineb kogu teave üksikutest puuraukudest ja piirkonna stratigraafiline klassifikatsioon on üldisem ning esineb lahendamata küsimusi kivimite litoloogia, vanuse ja leviku kohta. Ebaselge stratigraafia on takistuseks maapõue geoloogilisel kaardistamisel ning takistab ka geoloogilise arenguloo detailide mõistmist.

Käesoleva töö fookuses on hallist ja punasest mudakivist koosnev kuni 46 m paksune Zebre kihistu, mille stratotüübid ning tüüpala asuvad Lätis, kuid mis stratigraafiliste skeemide ja levikukaartide järgi esineb ka Lõuna-Eestis, vastates seal suuremale osale Alam-Ordoviitsiumi ladestikust. Eesti Geoloogiateenistuse poolt läbiviidava geoloogilise kaardistamise ja stratigraafiliste üksuste revisjoni käigus ilmnes, et Zebre nime kasutamine Lõuna-Eesti tugiläbilõigetes on ebapiisavalt põhjendatud ja vastuoluline. Antud töö eesmärgiks oli pakkuda olukorrale lahendusvõimalusi ning vajadusel täpsustada või täiendada stratigraafilisi skeeme ja kihistute levikukaarte. Selleks uuriti ja iseloomustati Zebre kihistu läbilõiget stratotüüpsel alal Lääne-Lätis Aizpute-41 puuraugu näitel, kasutades litoloogilisi kirjeldusi, mineraloogilisi (XRD) ja geokeemilisi (XRF) analüüse ning andmeid biostratigraafiliselt oluliste konodontide leviku kohta. Koondati andmestik Zebre nime kasutamisest Eestis ning analüüsiti selle nime all kirjeldatud kihte valitud Eesti puursüdamikes (Põlva, Kuressaare, Ruhnu, Võru, Taagepera jt). Tähelepanu pöörati ka lamavate (Kallavere kihistu) ja lasuvate kihtide (Kriukai kihistu) litoloogiale, Alam- ja Kesk-Ordoviitsiumi biostratigraafiale ning korrelatsioonile Põhja-Eesti läbilõikega.

Läti stratotüüpse Zebre kihistu ja Eestis sama nime all kirjeldatud kihtide võrdlus näitas, et suuremal osal Lõuna-Eestis ei ole Zebre nime kasutamine litoloogiliselt põhjendatud ja sellest tuleks geoloogilisel kaardistamisel ning stratigraafilises skeemis loobuda. Alternatiivsete võimaluste hulgast on Skandinaavias levinud Bjørkasholmeni ja Köpingklinti nime kasutuselevõtt, kuid kõige otstarbekam oleks laienda Leetse kihistu kasutamist Põhja- ja Kesk-Eestist lõuna poole. Zebre kihistu võimalik esinemine Eesti-Läti piiri läheduses vajab täiendavaid andmeid. Käesoleva töö käigus ilmnes, et uuematel Ordoviitsiumi stratigraafilistel skeemidel on nii Zebre kui Leetse kihistu ajalist mahtu kujutatud tegelikust väiksemana ning stratigraafiline lünk Alam-Ordoviitsiumis seetõttu väiksem kui seni arvatud. Zebre kihistu ülemine osa kuulub Kesk-Ordoviitsiumisse. Töö tulemusena on antud soovitused Eesti ja Läti Ordoviitsiumi stratigraafiliste skeemide ning kihistute levikukaartide parandamiseks.

Abstract

The Ordovician period (approximately 487–443 million years ago) was a transformative interval in Earth’s environmental history and in the evolution of life. Ordovician marine sediments are widely distributed across Estonia and are characterised by exceptional integrity, preservation, and fossil content, making them a valuable archive of Earth’s history. Numerous important natural resources are associated with Ordovician lithologies, including kukersite oil shale, phosphorite, limestone, and groundwater aquifers. In northern Estonia, where Ordovician strata are exposed at the surface, these rocks have been studied in great detail and exhibit one of the most refined stratigraphic records. In contrast, in southern Estonia, the Ordovician sequence lies hundreds of meters below the surface and is known only from sparse borehole data, resulting in a generalised stratigraphy and significant gaps in knowledge regarding lithology, age, and spatial distribution. This stratigraphic uncertainty poses a major challenge for geological mapping and obscures interpretations of regional geological history.

This study focuses on the Zebre Formation, which comprises up to 46 m of grey to red mudstones that are well developed in Latvia. According to existing stratigraphic schemes and distribution maps, the formation extends into southern Estonia, where it is interpreted to constitute a large part of the Lower Ordovician succession. However, a study conducted by the Estonian Geological Survey for the purposes of geological mapping and stratigraphic revision demonstrated that there is no clearly justifiable basis for applying the Zebre Formation to the intervals in question. The aim of this thesis is to propose revisions to, and, where necessary, to refine the current stratigraphic schemes and maps. The Aizpute-41 drill core from the stratotypic area in western Latvia was examined and characterised using detailed lithological descriptions, mineralogical (XRD) and geochemical (XRF) analyses, as well as biostratigraphic data on conodonts. In addition, data related to the use of the Zebre Formation in southern Estonia were compiled, and lithological units assigned to the formation were analysed from Estonian boreholes, including Põlva, Ruhnu, Taagepera, and Kuressaare, etc. Additional attention was also given to the underlying Kallavere Formation and the overlying Kriukai strata, Lower and Middle Ordovician biostratigraphy, and correlations with northern Estonia.

Comparisons between the stratotypic Latvian Zebre Formation and strata assigned the same name in Estonia demonstrate pronounced lithological incompatibility across most of the studied area. For the purposes of geological mapping and stratigraphic standardisation, continued use of the Zebre Formation in most of South Estonia is therefore not recommended. As an alternative, the adoption of a Scandinavian formation, such as the Bjørkåsholmen or Köpingsklint formations, may be considered; however, the most practical solution appears to be the southward extension of the Leetse Formation. Additional data are required to more precisely constrain the distribution of the Zebre Formation near the Latvian border. During the course of this study, it became evident that recent Ordovician stratigraphic schemes assign a shorter temporal range to both the Zebre and Leetse formations, thereby reducing the previously perceived stratigraphic gap in the Lower Ordovician. The upper part of the Zebre Formation is now interpreted as belonging to the Middle Ordovician. Consequently, recommendations for revisions to Estonian and Latvian stratigraphic schemes and formation distribution maps are presented.