Минералого-литохимические критерии выделения

VII Всероссийское литологическое совещание 28-31 октября 2013
МИНЕРАЛОГО-ЛИТОХИМИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ ВЫДЕЛЕНИЯ
ОСТРОВОДУЖНЫХ ОБСТАНОВОК В ПАЛЕОБАССЕЙНАХ ОРОГЕННЫХ
ПОЯСОВ ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА РОССИИ
А.И. Малиновский1, М.И. Тучкова2
1
Дальневосточный геологический институт ДВО РАН, Владивосток, [email protected]
2
Геологический институт РАН, Москва, [email protected]
Островодужные обстановки в древних бассейнах, включая обстановки пред- и задуговых
бассейнов, обычно распознаются по ряду признаков: палеогеологическому положению,
строению и составу слагающих их толщ, петрохимическим характеристикам вулканитов.
Показана достаточная надежность выделения этих обстановок на основании изучения и
геодинамической интерпретации химического и минералогического состава терригенных
пород.
Объектами изучения были терригенные породы из раннемеловых и раннемеловыхкайнозойских отложений Олюторского террейна Восточной Камчатки, Айнынского террейна
обрамления Пенжинской губы, а также Кемского и Киселевско-Маноминского террейнов
Сихотэ-Алиня. В качестве эталонного остороводужного объекта привлекались данные по
минеральному составу тяжелой фракции эоцен-четвертичных отложений глубоководного
желоба Вануату.
Айнынский террейн расположен в обрамлении северной части Пенжинской губы
(Охотское море) и входит в состав раннемелового Корякского орогенного пояса. Берриассантонские отложения террейна расчленяются на 4 структурно-вещественных комплекса:
нижний турбидитовый, туфогенно-осадочный, верхний турбидитовый и грубообломочный.
Отложения представлены разнозернистыми песчаниками, алевролитами, конгломератами,
гравелитами, пачками турбидитов, горизонтами туфов, туфобрекчий, микститов. Содержания
тяжелых минералов в различных комплексах террейна существенно различаются, что
обусловлено влиянием различных источников сноса. Если в нижнем турбидитовом
комплексе резко преобладают минералы гранитно-метаморфических пород (от 70 до 100 %
всех тяжелых минералов), то в туфогенно-осадочном и верхнем турбидитовом комплексе,
наоборот, преобладают минералы вулканической ассоциации — до 100 % всех минералов
и, наконец, в грубообломочном вновь возрастает роль сиалической ассоциации (до 75 %). По
химическому составу существенно различаются песчаные породы нижнего турбидитового
и всех вышележащих комплексов. Наибольшие различия видны в среднем содержании SiO2
(61,47 % и 57,92–55,93 %, соответственно), FeO+Fe2O3 (6,86 % и 7,36–8,92 %), MgO (1,78 % и
2,78–3,59 %) и CaO (4,63 % и 5,16–5,65 %). Глинисто-алевритовые породы по составу близки
песчаникам, при этом различия между комплексами также заметны, особенно по SiO2 (61,29 %
и 55,53 %–58,64 %).
Олюторский террейн находится в южной части Корякского нагорья и входит в состав
мезозойско-кайнозойского Сахалино-Камчатского орогенного пояса. В террейне выделяются
следующие комплексы: вулканогенно-кремнистый, вулканогенно-осадочный, турбидитовый и
обломочный. В первых двух комплексах преобладают вулканогенные и вулканогенно-осадочные
породы, а также кремни и кремнисто-глинистые породы. Два вышележащих комплекса
сложены песчаниками, алевролитами, гравелитами, конгломератами, а также мощными
пачками турбидитов. В террейне по вещественному составу выделяются две минералоголитохимические провинции: Северная и Южная. В обеих провинциях преобладают минералы
вулканической ассоциации, при этом содержание клинопироксена в них часто достигает
100%. В тоже время в Южной заметно присутствие и сиалических минералов — до 30% всей
ассоциации, среди которых встречаются корунд, везувиан, анатаз, ортит, брукит, силлиманит,
ставролит, андалузит и дистен, которых в Северной провинции нет. По химическому составу
песчаников наибольшие различия по SiO2: в Северной провинции его в среднем по комплексам
55,12–61,53 %, а в Южной — 58,56–65,11 %. Также заметны различия по Fe2O3 (2,88–4,06 %
226
Осадочные бассейны, седиментационные и постседиментационные процессы в геологической истории
и 1,63–3,22 %), MgO (2,57–4,16 % и 2,08–2,40 %), CaO (2,67–5,23 % и 1,23–1,75 %). Глинистоалевритовые породы по составу близки песчаникам, при этом содержат больше Al2O3, TiO2 и
K 2O, но меньше SiO2 и Na2O. Здесь также хорошо заметны различия между провинциями: в
Северной меньше SiO2 и K 2O, но больше Al2O3, MgO, CaO и суммарного железа.
Киселевско-Маноминский террейн расположен в Нижнем Приамурье, протягиваясь
полосой вдоль р. Амур. Валанжин-сеноманские вулканогенно-осадочные островодужные
образования установлены на северо-восточном фланге террейна, где выделяются комплексы:
кремнистый, сложенный кремнистыми и кремнисто-глинистыми породами, базальтами и
известняками, вулканогенно-осадочный, состоящий из туфов, вулканомиктовых песчаников,
алевролитов, турбидитов, кремнисто-глинистых пород, редко базальтов, и граувакковый,
главная роль в котором принадлежит терригенным породам. Во всех комплексах террейна
преобладает вулканическая ассоциация тяжелых минералов. Вместе с тем в граувакковом
комплексе в одних случаях преобладает хромит, часто ассоциирующийся с пироксенами,
главным источником которых, вероятно, были офиолиты, а в других — много циркона (до
40%) и граната, происходящих из континентального сиалического источника. По химическому
составу породы комплексов различаются. Больше всего отличаются песчаники вулканогенноосадочного комплекса: в них меньше всего SiO2 (58,56 %), FeO (1,56 %) и K 2O (0,96 %), но
больше Al2O3 (19,16 %), Na2O (6,87 %), Fe2O3 (4,32 %). Различия между составами глинистоалевритовых пород комплексов также заметны: наибольшие они по SiO2 и несколько меньше
по Fe2O3, MgO и K 2O.
Кемский террейн расположен в восточной части хребта Сихотэ-Алинь. В строении
террейна принимают участие баррем(?)-альбские образования, подразделяющиеся на
следующие комплексы: нижний и верхний турбидитовые, сложенные пачками турбидитов
и горизонтами алевролитов, грубообломочный, состоящий из конгломератов, гравелитов,
песчаников, микститов, пачек турбидитов, и вулканогенный, представленный базальтами,
туфами, вулканомиктовыми песчаниками, турбидитов и микститов. В отложениях террейна
содержания и пропорции между минералами в различных комплексах значительно
различаются. Типично островодужных минералов: пироксенов, амфиболов, хромита и
магнетита — больше всего в отложениях вулканогенного комплекса. В других комплексах
превалирует сиалическая ассоциация, где доминирует циркон (до 50 %) и гранат (до 20 %). По
химическому составу песчаники террейна довольно однородны. Лишь в породах вулканогенного
комплекса более низкие содержания SiO2 (в среднем 73,26 %), но более высокие TiO2 (0,38 %) и
Al2O3 (10,76 %). Химический состав глинисто-алевритовых пород близок во всех комплексах и
отличается от песчаников меньшими содержаниями SiO2 и CaO, но большими — TiO2, Al2O3 и
суммарного железа.
Полученные литохимические и минералогические данные интерпретировались на основе
актуалистического подхода и результатов изучения современных осадков.
Анализ расположения точек ассоциаций тяжелых минералов из пород Айнынского
террейна на диаграммах В.П. Нечаева и др. (1996) указывает на их формирование за счет
различных источников питания. Преобладание в нижнем турбидитовом и грубообломочном
комплексах сиалической ассоциации минералов показывает, что они формировались за
счет размывавшихся гранитно-метаморфических пород зрелой континентальной окраины.
Преобладание же в туфогенно-осадочном и верхнем турбидитовом комплексах фемической
ассоциации минералов свидетельствует, что их источником были вулканиты энсиматической
островной дуги, сопряженной с острым углом схождения плит, на что указывают низкие
содержания ортопироксена и роговой обманки. Тип вулканического источника можно
определить по химическому составу некоторых тяжелых обломочных минералов: орто-и
клинопироксенов, роговой обманки, хромита и граната, из которых наиболее информативен
клинопироксен. По составу большинство клинопироксенов Айнынского террейна соответствуют
клинопироксенам как известково-щелочных, так и толеитовых базальтов островных дуг
и частично базальтов океанического дна, вероятно, входящих в состав основания дуги.
Палеотектоническая интерпретация химического состава песчаных и глинисто-алевритовых
пород Айнынского террейна, основанная на анализе положения их фигуративных точек на ряде
227
VII Всероссийское литологическое совещание 28-31 октября 2013
известных диаграмм (Maynard et al., 1982; Bhatia, 1983; Roser, Korsch, 1986), свидетельствует о
формировании его отложений в обстановках преддугового бассейна океанической островной
дуги. Вероятно, основным источником обломочного вещества были основные и средние
вулканические породы, а также продукты синседиментационной вулканокластики, и лишь
в породах нижнего турбидитового комплекса заметно влияние размывавшихся гранитнометаморфических пород зрелой континентальной окраины.
Обобщение полученных результатов свидетельствует об островодужной природе
террейна и позволяет установить следующие особенности его формирования. Основным
источником обломочного материала, поступавшего в седиментационные бассейны террейна,
была островодужная вулканокластика позднеюрско-раннемеловой энсиматической УдскоМургальской островной дуги. Вместе с тем в берриас-валанжинское время на осадкообразование
оказывали влияние и размывавшиеся гранитно-метаморфические комплексы зрелой
континентальной окраины, а с конца альба дополнительным источником вулканокластики стал
разрушавшийся Охотско-Чукотский вулканический пояс.
Анализ минеральных ассоциаций из отложений Олюторского террейна свидетельствует,
что основным источником вещества были основные и средние вулканические породы
энсиматической островной дуги, что подтверждается составом обломочных клинопироксенов,
роговых обманок и хромитов, а также близостью их состава минералам из осадков
желоба Вануату. В то же время присутствие в отложениях Южной провинции заметного
количества сиалических минералов позволяет предполагать существование дополнительного
континентального источника. Обломочные гранаты этого источника по составу соответствуют
амфиболитовой, гранулитовой и даже эклогитовой фациям метаморфизма. Этим источником
могли быть блоки континентальной коры, в строении которых участвовали достаточно
глубоко метаморфизованные породы и, вероятно, гранитоиды. Интерпретация химического
состава пород террейна свидетельствует о их формировании в геодинамических обстановках,
соответствующих либо близких к обстановкам преддуговых и задуговых бассейнов
океанической островной дуги типа Марианской. Основным источником обломочного вещества
были слагающие дугу эффузивные породы и продукты синседиментационного вулканизма. Тем
не менее, видны определенные различия в составе песчаников двух провинций террейна, что
позволяет предполагать существование дополнительного сиалического источника обломочного
материала, оказывавшего влияние на седиментацию Южной провинции. Этим источником
могли быть блоки зрелой континентальной земной коры, в строении которых участвовали
гранитоиды и метаморфизованные породы.
Таким образом, можно предположить, что основным источником обломочного материала
террейна была разрушавшаяся мел-палеогеновая энсиматическая Ачайваямская островная дуга,
а также продукты синхронного вулканизма. Одновременно существовал и внебассейновый
сиалический источник, влиявший на седиментацию в Южной провинции. Им были блоки
континентальной коры, располагавшиеся на месте современного Берингова моря.
Преобладание в отложениях нижней части разреза Киселевско-Маноминского террейна
фемической ассоциации тяжелых минералов указывает на прямое влияние на осадконакопление
энсиматической дуги с косой субдукцией типа Идзу-Бонинской. Это хорошо подтверждается
составами клинопироксенов и хромитов. Вместе с тем часть хромитов происходит из
офиолитов внутриплитных поднятий, вероятно, входивших в состав аккреционной призмы
дуги. Присутствие в отложениях грауваккового комплекса заметного количества сиалических
минералов свидетельствует, что на этом отрезке времени дуга находилась достаточно близко
к континентальной окраине. Состав гранатов этого комплекса указывает на их происхождение
из метаморфических пород амфиболитовой и гранулитовой фаций, хотя кислые интрузивные
породы не исключаются. Интерпретация химического состава пород террейна позволяет
предполагать различные источники питания и обстановки седиментации. При формировании
кремнистого комплекса источником обломочного вещества была вулканокластика,
поступавшая с энсиматической островной дуги. При формировании же пород вулканогенно228
Осадочные бассейны, седиментационные и постседиментационные процессы в геологической истории
осадочного и грауваккового комплексов к ней дополнительно примешивалась определенная
доля сиалического материала, что смещало положение точек в сторону полей окраинноконтинентальной дуги.
Анализ полученных данных позволяет предполагать, что область питания
седиментационных бассейнов террейна была гетерогенной. Основным источником вещества
была вулканокластика меловой энсиматической Удыльской островной дуги, к которой
примешивался материал с размывавшейся континентальной окраины.
В терригенных породах Кемского террейна сосуществуют две ассоциации тяжелых
минералов: вулканическая и сиалическая. Положение точек на диаграммах позволяет
предполагать, что источником первой была энсиалическая островная дуга, связанная с острым
углом схождения плит. Кроме того, островодужный характер источника питания хорошо
подтверждается составом клинопироксенов, хромитов и роговых обманок. В частности,
клинопироксены полностью соответствуют клинопироксенам из кемских базальтов,
относящихся к высококалиевой известково-щелочной серии, характерной для тыловых частей
островных дуг. Источником сиалической ассоциации, вероятно, был размывавшийся фундамент
самой дуги, образованный выдвинутым в сторону океана фрагментом континентальной коры.
Судя по составу гранатов, видно, что в его строении участвовали метаморфические породы
гранулитовой и амфиболитовой фаций, а также кислые интрузивные породы. Интерпретация
химического состава пород террейна не всегда однозначна. На различных диаграммах
кемские песчаники занимают промежуточное положение между бассейнами, сопряженными
с активными континентальными окраинами, окраинно-континентальными дугами, а также
бассейнами, связанными с пассивными континентальными окраинами. Отклонение положения
точек от полей бассейнов окраинно-континентальных дуг объясняется в целом нехарактерным
для данного типа песчаников преобладанием К над Na, что обусловлено содержанием в них
обломков базальтов (шошонитов), относящихся к высококалиевой известково-щелочной серии,
характерной для тыловых частей островных дуг.
Исходя из полученных минералого-литохимических данных, можно предполагать,
что областью питания террейна была Монероно-Самаргинская окраинно-континентальная
вулканическая дуга, поставлявшая в ее тыловодужный бассейн вулканокластику, а также
гранитно-метаморфические блоки континентальной коры, служившие ее фундаментом.
Таким образом, интерпретация химического состава и ассоциаций тяжелых минералов
терригенных пород в совокупности с другими геологическими данными позволяет достаточно
уверенно распознавать островодужные обстановки в палеобассейнах древних орогенных
поясов.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 12-05-00119-а и проекта ДВО РАН
№ 12-1-0-ОНЗ-07.
Литература
Нечаев В.П., Маркевич П.В., Малиновский А.И. и др. Геодинамические обстановки накопления
меловых отложений Нижнего Приамурья по ассоциациям тяжелых минералов // Тихоокеан. геология.
1996. Т. 15, № 3. С. 14–24.
Bhatia M.R. Plate tectonic and geochemical composition of sandstones // The Journal of Geology. 1983.
V. 91. № 6. P. 611–627.
Maynard J.B., Valloni R. & Yu H.S. Composition of modern deep-sea sands from arc-related basins //
Trench-Forearc Geology: Sedimentation and Tectonics on Modern and Ancient Active Plate Margins. Blackwell
Scientific Publications. Oxford. 1982. Part 2. P. 551–61.
Roser B.P., Korsch R.J. Determination of tectonic setting of sandstone-mudstone suites using SiO2 content
and K2O/Na2O ratio // The Journal of Geology. 1986. V. 94. № 5. P. 635–650.
229