Литогеохимические характеристики и геодинамическая типизация метаосадочных пород Янканского террейна монголо-охотского орогенного пояса

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 550.4:552.4

литогеохимические характеристики и геодинамическая типизация метаосадочных пород янканского террейна монголо-охотского орогенного пояса

Ю.В. Носкова, С.А. Сасим, Д.А. Бельков , Ю.С. Андреева

Аннотация

В статье рассмотрены петрографические и литогеохимические характеристики метаосадочных пород тунгалинской (S?tg), дугдинской (D1dg) и туксинской (D1-2ts) свит. Породы свит образуют аккреционный комплекс Янканского террейна, расположенного в восточной части Монголо-Охотского орогенного пояса. Показано, что наиболее вероятной геодинамической обстановкой формирования осадочного материала изученных пород являлась активная континентальная окраина с участием пелагических осадков.

Ключевые слова: Монголо-Охотский орогенный пояс, Янканский террейн, аккреционная призма, метаосадочные породы, литохимия, геохимия осадочных пород, геодинамические реконструкции.

Yu.V. Noskova, S.A. Sasim, D.A. Belkov, Yu.S. Andreeva

Lithogeochemical characteristics and geodynamics of Yankan terrain metasedimentary rocks of Mongolo-Okhotsk orogenic belt

Abstract. Petrographic and lithogeochemical characteristics of metasedimentary rocks of the tungalinskaya (S?tg), dugdinskaya (D1dg) and tuxinskaya (D1-2ts) suites are considered in the article. This metasedimentary rocks form the accretion complex of the Yankan terraine, located in the eastern part of the Mongolo-Okhotsk orogenic belt. It is shown that the most probable geodynamic setting, in which formed this rocks was an active continental margin with the participation of pelagic sediments.

Keywords: Mongolia-Okhotsk orogenic belt, Yankan terrain, accretion prism, metasedimentary rocks, lithochemistry, sedimentary rocks geochemistry, geodynamic reconstructions.

Об авторах

Ю.В. Носкова¹, С.А. Сасим², Д.А. Бельков³ , Ю.С. Андреева⁴

^{^1} Младший научный сотрудник, ИГХ СО РАН, Иркутск, j.noskova@igc.irk.ru.

^{^2} Кандидат геолого-минералогических наук, заведующий кафедрой полезных ископаемых, ФГБОУ ВО «ИГУ», научный сотрудник ИГХ СО РАН, Иркутск, sasimserg@mail.ru.

^{^3} Инженер-исследователь, ИГХ СО РАН, Иркутск, denis.belkov.geo-fak@yandex.ru

^{^4} Инженер-исследователь, ИГХ СО РАН, преподаватель, ФГБОУ ВО «ИГУ», Иркутск, afanasevaus@mail.ru

Введение

Согласно существующим представлениям [1, 2], Монголо-Охотский орогенный пояс (МОП) на всем протяжении от Северной Монголии до Тихого океана маркируется террейнами аккреционных клиньев, что свидетельствует о масштабных процессах субдукции, имевших место по периферии Монголо-Охотского палеоокеана. В составе Янканского террейна объединены образования тунгалинской (S?tg), дугдинской (D1?dg), туксинской (D1-2ts), тангоменской (D2tn) вулканогенно-осадочных толщ, метаморфизованные в зеленосланцевой фации. Согласно [3] данные отложения по результатам Sm-Nd изотопно-геохимических исследований и U-Pb датированию детритовых цирконов относятся к аккреционным комплексам, образовавшимся на юго-востоке Центрально-Азиатского кратона.

В работе приводится комплексное исследование литохимических и геохимических особенностей, направленное на установление предполагаемых обстановок формирования и протолита пород Янканского аккреционного комплекса.

1. Особенности геологического строения опорных участков опробования

Фрагменты разрезов толщ изучались и опробовались в стратотипических участках с целью анализа геологического строения и взаимоотношения отложений, включая отбор проб для проведения аналитических исследований. Осуществлялся региональный отбор, а также послойное опробование локальных разрезов.

Особенности геологического строения аккреционного комплекса Янканского террейна в районе бассейна нижнего течения р. Тукси показаны на геологической схеме (рис. 1).

Рис. 1. Схема геологического строения района нижнего течения р. Тукси [4, с изменениями по 5]: 1 - четвертичные отложения; 2 - нижнемеловые вулканиты среднего и кислого состава с прослоями туфопесчаников; 3 - среднеюрская толща песчаников с прослоями конгломератов и гравелитов; 4 - верхнетриасовые песчаники; 5 - нижнепермские филлиты и зеленые сланцы; 6 - каменноугольные песчаники, микрокварциты джескогонской свиты; 7 - нижне-среднедевонские кварц-эпидот-хлоритовые сланцы и микрокварциты дугдинской и туксинской свит; 8 - среднедевонские филлиты с пластами полимиктовых песчаников тангоменской свиты; 9 - средне-верхнедевонские песчаники ольдойской свиты; 10 - силурийские серицит-кварцевые и зеленые сланцы с пластами микрокварцитов и метаморфизованных песчаников тунгалинской свиты; 11 - раннемеловые граниты; 12 - позднепалеозойские рассланцованные диориты, габбро-диориты, габбро; 13 - раннепалеозойские биотитовые граниты; 14 - позднепалеозойские рассланцованные граниты; 15 - разломы: а - достоверные, б - предполагаемые; 16 - точки опробования

Был изучен разрез тунгалинской (S?tg), дугдинской (D1dg) и туксинской толщ (D1-2ts) вверх по ручью Нижний Джелон. Тунгалинская свита представлена кварцевыми сланцами, эпидот-хлорит-альбитовыми, альбит-эпидот-актинолитовыми сланцами, кварцитами, песчаниками мощностью до 1100 м. Установлено [4], что она залегает в основании непрерывного разреза, верхняя часть которого охарактеризована фауной нижнего-среднего девона и условно ее возраст отнесен к силуру. Дугдинская свита согласно залегает на отложениях тунгалинской свиты и условно отделяется от нее по относительно резкой смене вулканогенно-осадочных отложений породами терригенного состава. Она сформирована филлитами, метапесчаниками, зелеными сланцами, кварцитами c максимальной мощностью до 2000 м. Отложения туксинской свиты согласно залегают на образованиях дугдинской свиты и представлены филлитами, кварцитами, метапесчаниками, мраморизованными известняками общей мощностью до 1700 м. Учитывая непрерывный характер осадочных толщ и их согласное залегание между собой, далее по тексту они будут объединены под названием ранне-среднедевонской метаосадочной толщи Янканского террейна.

Метапесчаники и метаалевролиты характеризуются лепидогранобластовой, местами мозаичной структурой, сланцеватой текстурой. Преобладающими минералами являются кварц, хлорит, мусковит в срастании с хлоритом, стильпномелан, плагиоклаз, нередко представляющий собой реликтовые зерна, подвергшиеся метаморфизму и частично замещенные слюдой. Акцессорные минералы представлены серицитом, мусковитом, гранатом, титанитом (менее 1%), также наблюдаются скрытокристаллические, землистые включения апатита и зерен обломочного циркона. Встречается редкий вторичный минерал - ярозит, а также тонкий углистый пигмент (углистое вещество, графитоид). Метапесчаники и метаалевролиты, учитывая наложенный процесс метаморфизма зеленосланцевой фации и соответствующую минеральную ассоциацию, могут классифицироваться как хлорит-клиноцоизит-мусковитовые, кварц-хлорит-серицитовые, сидерофиллит-серицит-кварцевые стильпномелан-серицит-кварцевые сланцы. Микрокварциты характеризуются также лепидогранобластовой и мозаичными структурами и сланцеватой текстурой. В составе преобладают кварц, альбит, в меньшем объеме - хлорит, мусковит, эпидот, апатит, гранат, в отдельных пробах - циркон.

2. Классификация и петрохимические характеристики пород

Для установления первичной природы ранне-среднедевонских метаосадочных пород Янканского террейна была использована петрохимическая классификация А.Н. Неелова [6] (рис. 3).

геологический метаосадочный порода геохимический

Рис. 3. Диаграмма a-b (Al/Si ? Fe+Mn+Mg+Ca; атомные количества) по [6, с изменениями по 7] для ранне-среднедевонских метатерригенных пород вулканогенно-осадочных толщ Янканского террейна. Поля составов пород: I - мономиктовые псаммитолиты и ультрасилициты: Іa - слабокарбонатистые (слабожелезистые); Ib - карбонатистые (железистые); ІІ - олигомиктовые псаммитолиты и силициты: IІa - слабокарбонатистые (слабожелезистые); IIb - карбонатистые (железистые); ІІІ - песчаники: IIIа - полимиктовые песчаники, IIIb - граувакковые, карбонатистые и железистые полимиктовые песчаники, туффиты среднего и основного состава; ІV - алевролиты: IVа -полимиктовые алевролиты; IVb - граувакковые алевролиты, пелит-алевролитовые аргиллиты, туффиты основного состава, глиноземистые граувакки, карбонатистые и железистые алевролиты; V - аргиллиты: Va - алевропелитовые аргиллиты; VIa - пелитовые аргиллиты

Алюмокремниевый модуль а, используемый в данной классификации, отражает (в первом приближении) глинистость обломочных пород, что дает возможность выделять на диаграмме поля песчаников, алевролитов и пелитов, границы которых в основном совпадают с литологическими. Исследуемые породы характеризуются вариацией алюмокремниевого модуля а в пределах 0,03ч037, при преимущественном распределении пород в диапазоне 0,17ч0,29 Параметр b в метаосадочных породах варьирует в узких пределах 0,02ч0,16, определяя относительно низкую меланократовость пород. В соответствии с данной классификацией первичными осадочными породами были полимиктовые песчаники и полимиктовые алевролиты, мономиктовые и полимиктовые псаммитолиты и ультрасилициты, пелитовые аргиллиты.

На диаграмме Дж.Ф. Петтиджона [8], отражающей минеральный состав источников сноса (рис. 4), часть песчаников, алевролитов и единичный состав аргиллита Янканского террейна локализованы в поле граувакк, что подразумевает наличие глинистого матрикса в их исходном протолите и может свидетельствовать о поступлении в бассейн осадконакопления материала размыва вулканитов основного - среднего состава, а единичные составы пород находятся в пограничной области между полями граувакк и лититов.

Рис. 4. Классификационная Диаграмма Дж.Ф. Петтиджона [8] для ранне-среднедевонских метаосадочных пород Янканского террейна. Выделенные протолиты исследуемых пород по [6]: 1 - полимиктовые песчаники; 2 - алевролиты; 3 - аргиллиты. На диаграмму не нанесены составы пород из группы силицитов

Характер распределения петрогенных компонентов проиллюстрирован на рис. 5. На вариационных диаграммах прослеживается обратная корреляционная зависимость большинства петрогенных компонентов относительно кремнекислотности. В поведении Na2O и MnO с ростом кремнекислотности пород четкой зависимости не наблюдается. На всех вариационных диаграммах четко прослеживаются различные области локализации выделенных протолитов по группам. В целом выделенные протолиты для средне-верхнедевонских метаосадочных пород Янканского террейна характеризуются следующими вариациями петрогенных оксидов: полимиктовые песчаники - SiO2 72.2ч81.7, TiO2 0.1ч0.5, Al2O3 10.3ч13.1, FeO 0.9ч3.2, MnO 0.04ч0.2, MgO 0.2ч1.4, CaO 0.3ч1.2, Na2O 3.1ч5.3; K2O 0.5ч3.1, P2O5 0.05ч0.1; в алевролитах - SiO2 65.0ч70.3, TiO2 0.4ч0.7, Al2O3 14.1ч16.1, FeO 3.3ч4.7, MnO 0.1ч0.7, MgO 1.3ч2.5, CaO 0.9ч1.9, Na2O 0.9ч4.2; K2O 2.3ч4.1, P2O5 0.1ч0.2; в силицитах - SiO2 82.2ч94.3, TiO2 0.1ч0.2, Al2O3 0.9ч4.9, FeO 0.8ч3.1, MnO 0.1ч0.9, MgO 0.2ч1.1, CaO 0.1ч3.9, Na2O 0.1ч0.7; K2O 0.1ч0.9, P2O5 0.03ч0.2.

Значения алюмокремниевого модуля (Al2O3/SiO2) в метаосадочных породах Янканского террейна варьируют в пределах 0.01-0.27, что характерно для песчаных и глинистых пород [9]. Значения гидролизатного модуля (Al2O3+TiO2+FeOобщ/SiO2) в метаосадочных породах Янканского террейна составляют <0.1 до 0,43. В целом, метаосадочные породы Янканского террейна в координатах «гидролизатный модуль - кремнекислотность», «алюмокремниевый модуль - кремнекислотность» располагаются вытянутыми трендами с обратной корреляцией и отражают все интервалы значений, соответствующие (по возрастанию) силицитам, глинисто-кремнистым сланцам, полимиктовым кварцевым песчаникам и алевролитам, глинистым породам.

Рис. 6. Вариационные диаграммы для ранне-среднедевонских метаосадочных пород Янканского террейна. Выделенные протолиты исследуемых пород по [6]: 1 - полимиктовые песчаники; 2 - алевролиты; 3 - аргиллиты, 4 - силициты

4. Геохимические характеристики пород

Поведение редкоземельных элементов (РЗЭ) в метаосадочных породах Янканского террейна изображено на рис. 7. Метаосадочные породы, выделенные протолиты которых представлены песчаниками, обогащены РЗЭ по отношению к алевролитам и их тренды имеют большие вариации легких редкоземельных элементов. Алевролиты, в свою очередь, по содержанию лантаноидов близки к среднему составу верхней континентальной коры. По характеру распределения их спектров алевролиты наиболее близки к средним составам осадков активных и пассивных континентальных окраин [11]. Силицитолиты характеризуются более низкими уровнями накопления РЗЭ, особенно в легкой части спектра, что может указывать на другой источник осадочного материала, например, пелагические осадки.

Рис. 7. Спектры распределения РЗЭ в ранне-среднедевонских метаосадочных породах Янканского террейна, нормированных к среднему составу постархейского сланца Австралии (PAAS). Состав верхней континентальной коры (ВКК) приведен по [10], составы осадков активных континентальных окраин (АКО) и пассивных континентальных окраин (ПКО) по [11]

На рис. 8 изображены дискриминационная диаграмма М.Р. Бхатия [12], базирующаяся на распределении в породах Th, La и Sc и диаграмма Т. Планка, К.Х. Лангмура [13], использующая индикаторные геохимические параметры Ti/Zr и La/Sc. Из диаграмм видно, что большая часть исследуемых пород расположена в области B, соответствующей зрелой островной дуге с континентальным основанием. Отдельная проба локализуется вне выделенных М.Р. Бхатия полей, а на диаграмме Ti/Zr-La/Sc она располагается на границе активной и пассивной континентальной окраины, тяготея к полю активной континентальной окраины.

Рис. 8. Дискриминационные диаграммы Th-La-Sc по[12] и Ti/Zr-La/Sc по [13] для классификации тектонических обстановок ранне-среднедевонских метаосадочных пород Янканского террейна.

Поля на диаграммах: А - океанические островные дуги; B - континентальные островные дуги; С - активная континентальная окраина; D - пассивная континентальная окраина. Условные обозначения протолитов: 1 - полимиктовые песчаники, 2 - алевролиты

Выводы

В результате проведенных исследований были выявлены вещественные характеристики, которые позволяют сделать вывод, что наиболее вероятной геодинамической обстановкой формирования ранне-среднедевонских метаосадочных пород Янканского террейна являлась активная континентальная окраина с участием пелагических осадков. Подобные геодинамические условия в наибольшей степени реализуются в пределах аккреционного клина, формирующегося перед зоной субдукции. Наличие в отдельных пробах зерен детритового циркона предопределяет их возможное использование в дальнейших геохронологических исследованиях, направленных на установление конкретных региональных вещественных комплексов, давших обломочный материал.

Исследование проведено в рамках выполнения государственного задания по Проекту XI.129.1 (0350-2016-0028) и при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-05-00840 и № 18-35-00425.

Определения концентрации микрокомпонентов выполнялись методом ISP-MS на масс-спектрометре Agilent 7700x в Центре коллективного пользования «Байкальский Центр Нанотехнологий».

Библиографический список

1. Парфенов Л. М. Проблемы тектоники Монголо-Охотского орогенного пояса / Л. М. Парфенов, Л. И. Попеко, О. Томуртогоо и др. // Тихоокеанская геология. - 1999. - Т. 18. - № 5. - С. 24-43.

2. Парфенов Л. М. Модель формирования орогенных поясов Центральной и Северо-Восточной Азии / Л. М. Парфенов, Н. А. Берзин, А. И. Ханчук и др. // Тихоокеанская геология. - 2003. - Т. 22. - № 6. - С. 7-41.

3. Сорокин А.А. Источники детритовых цирконов из терригенных отложений Янканского террейна Монголо-Охотского складчатого пояса / А.А. Сорокин, А.А. Колесников, А.Б. Котов и др. // Доклады Академии наук. - 2015. - Т. 462. - № 5. - С. 590.

4. Геологическая карта СССР: N-52-XXII. Масштаб 1: 200 000, серия Амуро-Зейская. Объяснительная записка // М.Т. Турбин. - Дальневосточное геологическое управление, 1967. - 99 с.

5. Государственная геологическая карта Российской Федерации. Масштаб 1 : 1000 000 (третье поколение). Серия Дальневосточная. Лист N-52 - Зея. Объяснительная записка. - СПб.: Картографическая фабрика ВСЕГЕИ, 2007. - 326 с.

6. Неелов А. Н. Петрохимическая классификация метаморфизованных осадочных и вулканических пород. / А. Н. Неелов. - Л. : Наука, 1980. - 100 с.

7. Крук Н.Н. Природа метаморфических комплексов Горного Алтая / Н.Н. Крук // Литосфера. - 2013. - №2. - С. 20-44.

8. Скляров Е. В. Интерпретация геохимических данных / Е. В. Скляров, Д. П. Гладкочуб, Т. В. Донская и др. - М. : Интермет Инжиниринг, 2001. - 288 с.

9. Юдович Я.Э. Региональная геохимия осадочных толщ / Я.Э. Юдович. - Л.: Наука, 1989. - 276 с.

10. Тейлор С. Р. Континентальная кора : ее состав и эволюция / С. Р. Тейлор, С. М. Мак-Леннан. - М. : Мир, 1988. - 379 с.

11. McLennan S.M. Geochemical and Nd-Sr isotopic composition of deep-sea turbidites: Crustal evolution and plate tectonic associations / S.M. McLennan, S.R. Taylor, M.T. McCalloch, J.B. Maynard // Geochimica et Cosmochimica Acta. - 1990. - V. 54. - P. 2015-2050.

12. Bhatia M. R. Trace element characteristics of graywackes and tectonic setting discrimination of sedimentary basins / M. R. Bhatia, K. A. W. Crook // Contr. Mineral. Petrol. - 1986. - vol. 92. - P. 181-193.

13. Plank T. The geochemical composition of subducting sediment and its consequences for the crust and mantle / T. Plank, C.H. Langmuir // Chemical Geology. - 1998. - V.145. - №.3-4. - P.325-394.

Размещено на Allbest.ru