Изотопно-геохимические особенности гранитоидов олекминского комплекса и метаморфических пород иргаинской свиты Восточного Забайкалья

Размещено на http://www.allbest.ru/

ИЗОТОПНО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ГРАНИТОИДОВ ОЛЕКМИНСКОГО КОМПЛЕКСА И МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ПОРОД ИРГАИНСКОЙ СВИТЫ ВОСТОЧНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ

Д.А. Бельков, Ю.В. Носкова, Н.Н. Ильина

Аннотация. Показано, что гранитоиды олекминского комплекса, формировавшиеся вдоль окраины Западно-Станового террейна Монголо-Охотского пояса в палеозойское время, связаны с субдукционной геодинамической обстановкой. Изотопные Sm-Nd характеристики гранитов соответствуют таковым для неопротерозойской коры Центрально-Азиатского орогенного пояса. Изотопно-геохимические характеристики метаморфических пород иргаинской свиты свидетельствуют о том, что их осадочный протолит накапливался в обстановке активной континентальной окраины, но он не мог служить единственным источником для формирования гранитоидов олекминского комплекса.

Ключевые слова: олекминский гранитоидный комплекс, изотопия, иргаинская свита, Восточное Забайкалье.

Isotope-geochemical characteristics of the olekma complex granitoids and metamorphic rocks of the irgain suite of eastern transbaikalia. D.A. Belkov, Y.V. Noskova, N.N. Ilina

Abstract. Paleozoic granitoids of the Olekma complex in Eastern Transbaikalia formed along margin of the West-Stanovoy terrane within Mongol-Okhotsk orogenic belt at subduction-related geodynamic setting. Sm-Nd isotope characteristics of the granites indicate participation of the Neoproterozoic crust of the Central Aisan orogenic belt in their petrogenesis. Isotope and geochemical features of the Irgain suite metamorphic rocks point at sedimentation of their protoliths in active continental margin setting. The Irgain suite metamorphic rocks cannot represent a single source for the Olekma complex granitoids.

Keywords: Olekma granitoid complex, isotopes, Irgain suite, Eastern Transbaikalia.

В последнее время заметно возросло количество исследований, посвященных проблеме геодинамического моделирования процессов, которые протекали в палеозое в Центрально-Азиатском складчатом поясе в целом и в пределах Монголо-Охотского пояса (МОП) в частности, например [1]. Однако, до настоящего момента остаются нерассмотренными многие актуальные проблемы, ждущие своего решения. Одной из таких проблем является природа Монголо-Охотского палеоокеанического бассейна - возник ли этот палеоокеан активно, т.е. в результате раскола какого-то континентального блока, или существовал пассивно, как уцелевший фрагмент Палео-Азиатского океана, открывавшегося в Палеопацифику. Исследования магматических и осадочных комплексов юго-восточной (в современных координатах) окраины Западно-Станового террейна МОП, включенного в складчатое обрамление Северо-Азиатского кратона в палеозойское время, позволяет в определенной степени подойти к решению этих вопросов.

В связи с этим целью настоящего исследования является выяснение геодинамической природы и источников вещества олекминского комплекса Восточного Забайкалья, а также метаморфических образований иргаинской свиты, представляющих вмещающий субстрат этих гранитоидов.

При этом решались следующие задачи: 1) геодинамическая типизация пород олекминского гранитоидного комплекса из восточной части ареала его распространения (междуречье рр. Куэнга и Шилка); 2) исследование Sm-Nd изотопной систематики гранитоидов; 3) геохимические и Sr-Nd изотопные исследования метаморфических пород иргаинской свиты и их оценка как возможного исходного протолита для гранитоидов олекминского комплекса.

1. Геохронология и изотопно-геохимические особенности гранитоидов Олекминского комплекса.

Гранитоиды олекминского комплекса широко развиты вдоль юго-восточного края Западно-Становой структурно-формационной зоны Восточного Забайкалья [2, 3] или Западно-Станового террейна Монголо-Охотского пояса [1] и по своему вещественному составу могут быть разделены на две группы [4]. К первой группе относятся кварцеводиорит-гранодиорит-гранитные породы, отвечающие по щелочности в большинстве случаев нормальному известково-щелочному ряду. Породы второй группы представлены гранитами и лейкогранитами. По содержаниям SiO2, Al2O3, Na2O FeO* и MgO они схожи с гранитами первой группы, но отличаются от них повышенной калиевостью. Рассматриваемые в исследовании гранитоиды междуречья рр. Куэнги и Шилки представлены разновидностями пород первой группы.

Рис.1. Дискриминационная диаграмма Rb - (Y+Nb) [5, 6] для определения геодинамического положения гранитоидов олекминского комплекса. Условные обозначения: 1 -кварцевые диориты, 2 - гранодиориты, 3 - граниты; ORG _ поле составов гранитов океанических хребтов, VAG _ граниты островных дуг и активных континентальных окраин, WPG _ граниты внутриплитовых обстановок, syn - COLG - синколлизионные граниты, post - COLG - постколлизионные граниты; ВКК - средний состав верхней континентальной коры, СКК - средний валовый состав континентальной коры, НКК - средний состав нижней континентальной коры. Схематически намечены тренды изменения состава источников гранитов при взаимодействии истощенного мантийного источника (DMM) под воздействием субдукционных флюидов и субдукционных расплавов.

Рис.2. Эволюционная диаграмма eNd - возраст (МА) для гранитоидов олекминского комплекса и метатерригенных осадков иргаинской свиты Восточного Забайкалья. Условные обозначения: 1 - граниты олекминского комплекса. Арабскими цифрами обозначены области эволюции изотопного состава Nd для осадочных и метаосадочных образований: 1 -- кулиндинской, ононской и чиндантской свит ононского террейна аккреционного клина МОП; 2 - иргаинской свиты. Римскими цифрами обозначены поля эволюции изотопного состава Nd в архейской (I), рифейской (II) и каледонской (III) коровых провинциях ЦАСП [7, 8].

изотопный геохимический гранитоид порода

Наиболее вероятной геодинамической обстановкой формирования гранитоидов олекминского комплекса является обстановка островной дуги и/или активной континентальной окраины, что следует из дискриминационной диаграммы Rb _ (Y+Nb) (Рис.1) [5, 6]. На диаграмме схематично намечены тренды влияния на истощенный мантийный источник субдукционных флюидов и субдукционных расплавов, характеризующих надсубдукционную геодинамическую обстановку. Составы кварцевых диоритов и гранодиоритов смещены от тренда субдукционных расплавов в сторону среднего состава континентальной коры, сопоставимого со средним составом коры островных дуг. Составы гранитов намечают тренд к точке состава верхней континентальной коры. Таким образом, связь серии кварцеводиорит-гранодиорит-гранитных пород олекминского комплекса c геодинамической субдукционной обстановкой представляется вполне обоснованной.

Возрастные рамки и «объем» олёкминского комплекса является предметом дискуссии [2, 3]. В настоящее время очевидно что среди гранитоидов олеминского комплекса, маркирующих южную границу Западно-Станового террейна МОП, вполне надежно выявляются породы двух возрастных рубежей - раннепалеозойского (476-431 млн. лет), проявленного локально, и преобладающего позднепалеозойского (343-318 млн. лет) [3]. Раннекарбоновые граниты выявлены в пределах Алеурского хребта Восточного Забайкалья (междуречье рр. Куэнга и Шилка), для которых получена Rb-Sr изохронная датировка с параметрами 319±12 млн. лет, I(0)Sr=0,70685±11, СКВО=0,3.

Изотопные Sm-Nd характеристики гранитов олекминского комплекса - eNd(t)= -5,1-(-5,7) и TNd(DM-2)=1520-1580 МА соответствуют таковым для неопротерозойской коры Центрально-Азиатского орогенного пояса [7] (рис. 2), но свидетельствуют о присутствии в источнике этих пород материала несколько более древнего, по сравнению с вулканогенно-осадочными образованиями палеозойского аккреционного клина МОП. Этим обусловлено промежуточное положение составов гранитоидов между полями изотопной эволюции неодима в метаосадках аккреционного клина МОП и метаосадках иргаинской свиты (рис. 2).

Таким образом, связь серии кварцеводиорит-гранодиорит-гранитных пород олекминского комплекса c геодинамической субдукционной обстановкой представляется вполне обоснованной. Изотопные Sm-Nd характеристики гранитов соответствуют таковым для неопротерозойской коры Центрально-Азиатского орогенного пояса, но свидетельствуют о присутствии в источнике этих пород материала несколько более древнего, по сравнению с вулканогенно-осадочными образованиями палеозойского аккреционного клина МОП.

2. Изотопно-геохимические особенности метаморфических пород иргаинской свиты.

Иргаинская свита Восточного Забайкалья представляет собой метаморфическую толщу, сложенную метабазитами, метатерригенными породами и микрокварцитами, а ее возраст условно принят как рифейский [2]. Отложения свиты сохранились фрагментарно в виде провесов кровли в обширных полях гранитоидов олекминского комплекса в междуречье рр. Куэнга и Шилка. Метабазиты представлены плагиоклаз-амфиболовыми сланцами, реже - практически мономинеральными амфиболитами. Геохимически эти породы отвечают умеренно титанистым субщелочным базальтам, точки их составов на диаграмме Ti/Y - Nb/Y располагаются между полями базальтов N-MORB и OIB, в наибольшей степени соответствуя базальтам E-MORB [9]. Спектр распределения REE характеризуется умеренным преобладанием легких РЗЭ над тяжелыми лантаноидами (La/Yb(N) = 5,0-8,2) при Eu/Eu*=0,91-1,49.

Современный изотопный состав Sr в метабазальтах можно охарактеризовать как умеренно обогащенный - 87Sr/86Sr(изм) = 0,70402-0,70567. Неопределенность возраста пород свиты делает невозможным точное определение величины 87Sr/86Sr(0). Однако, опираясь на возраст прорывающих гранитов олекминского комплекса - 319 млн. лет, можно приблизиться к оценке этой величины - 87Sr/86Sr(319МА) = 0,70358-0,70501. Эти величины вполне соответствуют характеристикам базальтов E-MORB [9], а также хорошо сопоставимы с изотопным составом Sr в метабазитах Ононского террейна Монголо-Охотского складчатого пояса, представляющего собой среднепалеозойский аккреционный клин МОП.

Метатерригенные породы свиты представлены главным образом биотитовыми кристаллосланцами, для которых величины глиноземистого модуля (Al2O3/SiO2) лежат в пределах 0,15-0,22, что позволяет считать наиболее вероятным осадочным протолитом метаосадочных пород глинисто-кремнистые сланцы. Среди них могут быть выделены как существенно натровые (K2O/Na2O = 0,2-0,5), так и существенно калиевые (K2O/Na2O = 1,9-2,4). При этом степень дифференцированности спектра REE в метаосадках обоих типов близка: La/Yb(N) = 12,2 в натровых и La/Yb(N) =8,2 - в калиевых.

Уровень содержаний K, Rb, Ba в натровом типе осадков существенно ниже, чем в калиевом. При этом, мультикомпонентная диаграмма составов метаосадочных пород свиты свидетельствует о систематически более низких уровнях содержания большинства микроэлементов по сравнению со средним составом верхней континентальной коры. Натровый тип осадков, обладающий при этом и высокими содержаниями Al2O3 (>14,0%) и CaO (>2,5%), мог формироваться при участии средне-кислого вулканогенного материала, поступающего с активной континентальной окраины. Этот вывод подтверждается и тем, что для большинства составов осадков иргаинской свиты, в первую очередь - натровых, с помощью дискриминационных диаграмм [10] в качестве геодинамической обстановки формирования реконструируется активная континентальная окраина. Калиевый тип осадков (Al2O3<12,5%, CaO<1,0%) должен был формироваться при размыве зрелой континентальной коры, сложенной преимущественно гранитоидами существенно калиевой специфики.

Изотопный состав Sr в метаосадках обоих типов также контрастен: в натровом низкорубидиевом типе пород величина 87Sr/86Sr(319МА) = 0,70593, тогда как в калиевом высокорубидиевом - 87Sr/86Sr(319МА) = 0,72031, что может быть объяснено с позиций существенных различий в природе источников сноса осадочного вещества в бассейн седиментации. Кроме того, следует учитывать и возможную высокую степень химического выветривания осадочного материала. Этот процесс за счет более высокой устойчивости к химическому выветриванию калиевого полевого шпата по сравнению с плагиоклазом, приводит к росту Rb/Sr отношения в продуктах выветривания [11], что определяет более высокий рост величины 87Sr/86Sr с течением времени.

Изотопные Sm-Nd характеристики метатерригенных пород иргаинской свиты близки к таковым в неопротерозойской коре Центрально-Азиатского орогенного пояса [7]. Однако, величины eNd(0)=-10,6-(-13,9) в кристаллосланцах свидетельствуют о примеси более древнего по сравнению с «рифейским» терригенного корового материала. Сопоставление величин eNd(319MA) в гранитах - (-5,1_(- 5,7)) и eNd(319МА) в метаосадках иргаинской свиты - (-7.2_(-9.6)), показывает их заметные различия. Это не позволяет рассматривать метаморфическую толщу иргаинской свиты как единственный протолит для гранитоидов олекминского комплекса, хотя ограниченный вклад метатерригенных осадков в процесс гранитообразования возможен.

Выводы

Таким образом, связь серии кварцеводиорит-гранодиорит-гранитных пород олекминского комплекса c геодинамической субдукционной обстановкой представляется вполне обоснованной. Изотопные Sm-Nd характеристики гранитов соответствуют таковым для неопротерозойской коры Центрально-Азиатского орогенного пояса, но свидетельствуют о присутствии в источнике этих пород материала несколько более древнего, по сравнению с вулканогенно-осадочными образованиями палеозойского аккреционного клина МОП.

Изотопно-геохимические характеристики метавулканитов и метаосадочных пород иргаинской свиты могут свидетельствовать о том, что осадочный протолит этой толщи накапливался в обстановке активной континентальной окраины, но он не мог служить единственным протолитом для формирования гранитоидов олекминского комплекса, формировавшихся вдоль окраины Западно-Станового террейна МОП в палеозойское время.

Исследование проведено в рамках выполнения государственного задания по Проекту XI.129.1. (0350-2016-0028) и при финансовой поддержке грантов РФФИ (18-05-00840, 18-35-00425).

Изотопные Sm-Nd исследования проводились на масс-спектрометрах NEPTUNE ЦКП «Изотопно-геохимических исследований» ИГХ СО РАН и Finnigan MAT-262 ЦКП «Геоднамика и геохронология» ИЗК СО РАН. Определения концентрации микрокомпонентов выполнялись методом ISP-MS на масс-спектрометре Agilent 7700х в ЦКП «Байкальский Центр Нанотехнологий».

Библиографический список

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

2. Геологическое строение Читинской области. Объяснительная записка к геологической карте масштаба 1:500 000. Чита. 1997. 239c

3. Казимировский М.Э., Сандимирова Г.П., Банковская Э.В. Изотопная геохронология палеозойских гранитоидов Селенгино-Становой горной области // Геология и Геофизика. 2002. Т.43. №11. С.973-989.

4. Казимировский М.Э. Геохимия палеозойского гранитоидного магматизма Западно-Становой зоны Забайкалья // Геология и Геофизика. 2004. Т.45. №3. С.347-362.

5. Pearce J.A. Harris N.B.W., Tindle A.G. Trace element discrimination diagrams for the tectonic interpretation of granitic rocks // J. Petrol. 1984. V. 25. P. 956-983.

6. Pearce J.A. Sources and settings og granitic rocks // Episodes. 1996. V. 19. №4. P.120-125.

7. Коваленко В.И., Ярмолюк В.В., Ковач В.П., и др. Источники фанерозойских гранитоидов Центральной Азии: Sm-Nd-зотопные данные // Геохимия. 1996. №8. С.699-712.

8. Ярмолюк В.В., Коваленко В.И., Кузьмин М.И. Северо-Азиатский суперплюм в фанерозое: магматизм и глубинная геодинамика // Геотектоника, 2000, №5, с.3-29.

9. Sun S.S., McDonough W.F. Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: implications for mantle composition and processes // Magmatism in Ocean Basins. Geol. Soc. London Spec. Publ., 1989, v.42, p.313-346.

10. Bhatia M.R. Plate tectonics and geochemical compositional of sandstones // J. Geol. 1983. V. 91, №6. P. 611-627

11. Фор Г. Основы изотопной геологии. М.: Мир, 1989. - 590 с.

Размещено на Allbest.ru