Одной из фундаментальных проблем геологии является реконструкция палеотектонических, палеогеографических условий формирования осадочных бассейнов и их эволюции в геологической истории Земли. Среди различных методов восстановления геологического прошлого (метод актуализма, литологический, палеонтологический, сейсмостратиграфический и другие) важную роль играют методы на основе изучения вещественного состава терригенных осадочных пород, образованных в результате разрушения суши. На состав породы влияют разные факторы: состав пород областей сноса, климат и рельеф областей сноса, дальность переноса материала, высокий или низкий уровень моря, диагенез. Влияние многих этих составляющих обусловлено в основном тектоническим положением областей сноса и бассейнов, в которых происходит отложение сносимого материала. Следовательно, изучив вещество породы, можно восстановить тектоническую историю.
Цель работы – реконструкция тектонических обстановок формирования протерозойских осадочно-вулканогенных толщ некоторых тектонических структур юго-востока Сибирской платформы, объединенных в данной работе (согласно [1]) географическим названием Улканский район, на основе изучения валового химического состава песчаников.
Алдано-Майский осадочный бассейн в целом (Улканский район в том числе) является перспективным на выявление месторождений углеводородов, а также золота, платины, полиметаллов, урана, редких и редкоземельных элементов.
Рис. 1. I – положение района исследований. II – южный фрагмент схемы структурно-фациального районирования Алдано-Майского осадочного бассейна (АМОБ) по [1, 2]. 1–3 – границы: 1 – АМОБ, 2 – структурно-фациальных зон, 3 – локальных структур. Буквы на схеме: А – Учурская и Б – Майская зоны Алдано-Майской плиты, Д1 – Кыллахская южная зона Юдомо-Майского авлакогена. В составе зон: Амуликанский грабен (1), Учурская впадина (2), Улканский прогиб (2а), Верхнеугаянский грабен (3), Маймаканская впадина (4), Верхнебатомгский грабен (5); мульды: Большемаркюэльская (6), Маломаркюэльская (7), Аимская (8); Билякчанский прогиб (9). 4, 5 – архейские кристаллические образования фундамента АМОБ: 4 – Алдано-Станового щита Сибирской платформы, 5 – Охотского массива, 6 – меловые вулкано-плутонические комплексы
Материалы и методы исследования
Реконструкции проводились с использованием диаграмм, разработанных для разделения активных и пассивных континентальных окраин (АКО и ПКО), островных дуг (океанических ООД и континентальных КОД) и диаграмм для распознавания коллизионных, рифтовых и островодужных тектонических обстановок. Отечественные и зарубежные исследователи чаще всего применяют диаграммы Дж. Мейнарда с соавторами (1982 г.), М.Р. Бхатиа (1983 г.), Б. Розера и Р. Корша (1986 г.) и новые диаграммы С. Верма и Дж. Армстронга-Алтрина (2013 г.) [3–6 и др.]. Фактический материал представлен сведениями о валовом химическом составе песчаников из докембрийских осадочно-вулканогенных толщ Улканского района (юго-восток Сибирской платформы, Алдано-Становой щит) из опубликованных [1] и фондовых источников. На диаграммы нанесены в качестве эталонных фигуративные точки средних составов палеозойских песчаников Восточной Австралии, Американской платформы и алевропесчаников Русской платформы.
Геологический очерк
В районе распространены разновозрастные метаморфические, интрузивные, вулканические и осадочные породы [1]. В Улканском прогибе в основании разреза нижнепротерозойской улканской серии на архейскую кору выветривания с размывом налегает песчаниковая топориканская свита, которую наращивают терригенно-вулканогенная улкачанская и преимущественно вулканогенная, элгэтэйская свиты (рис. 1, II). В Учурской впадине на корах выветривания и вулканитах элгэтэйской свиты несогласно залегают терригенновулканогенная бириндинская и песчаниковая конкулинская свиты нижнерифейской уянской серии. В Билякчанском прогибе Кыллахской южной структурно-фациальной зоны [2] обнажается нижнепротерозойская нельбачанская свита, которую сопоставляют с улканской серией. Песчаники топориканской свиты по петрографическому составу полевошпат-кварцевые и кварцевые (по валовому химическому составу они – субаркозы), что указывает на их зрелость и накопление в тектонически спокойных условиях (ПКО). В улкачанское время произошло трещинное излияние трахибазальтов, что позволило В.А. Гурьянову сделать заключение о рифтовом режиме. Затем был сформирован доэлгэтэйский фундамент воздыманием более поздних интрузий (коллизия). И в конце раннего протерозоя вновь следует трещинообразование, излияние базальт-трахириолитовых лав, отложение терригенных пород элгэтэйской свиты (вновь рифтовый режим). Геохимические параметры магматических пород свидетельствуют о внутриплитных рифтогенных геодинамических обстановках Улканского и Билякчанского прогибов. Внедрение гранитоидов завершило закрытие рифтогенной структуры [1]. После перерыва, в раннем рифее, в постколлизионной спокойной обстановке происходило отложение бириндинской свиты на корах выветривания более древних пород.
Вещественный состав пород (петрография и литохимия)
Петрографическое изучение показало, что породы являются кварцевыми, полевошпатово-кварцевыми песчаниками, реже кварцевыми аркозами [1]. Оксиды содержатся в количестве (здесь и далее в мас. %): SiO2 – 74,2–96,2, TiO2 – 0,04–0,95, Al2O3 – 1,3–11,8, Fe2O3 – 0,46–4,74, MgO – 0,1–5,32, CaO – 0,01–3,6, Na2O – 0,08–5,78, K2O – 0,52–7,4, P2O5–0,01–0,78 ([1] и фондовые материалы). По химической классификации М.М. Хиррона большинство песчаников – это аркозы и субаркозы (рис. 2).
Рис. 2. Положение составов песчаников на классификационной диаграмме по М.М. Хиррону (Herron, 1988). Фигуративные точки составов песчаников свит: 1, 2 – топориканской: 1 – полевошпат-кварцевый, 2 – кварцевый; 3 – улкачанской: полевошпат-кварцевый; 4–6 – элгэтэйской: 4 – полевошпат-кварцевый, 5 – кварцевый, 6 – вулканомиктовый; 7, 8 – бириндинской: 7 – аркозовый, 8 – полевошпат-кварцевый; 9, 10 – конкулинской: 9 – аркозовый, 10 – полевошпат-кварцевый; 11, 12 – нельбачанской: 11 – полевошпаткварцевый, 12 – кварцевый. 1 – 6 – поля песчаников свит: 1 – топориканской, 2 – улкачанской, 3 – элгэтэйской, 4 – бириндинской, 5 – конкулинской, 6 – нельбачанской
Результаты исследования и их обсуждение
На диаграммах М.Р. Бхатиа фигуративные точки палеозойских песчаников Восточной Австралии расположились в предназначенных для них полях соответственно (рис. 3).
Точка среднего песчаника Американской платформы тяготеет к полю ПКО, а точка алевропесчаника Русской платформы – либо к полю АКО, либо к полю КОД. Причина заключается в том, что алевропесчаники (и алевроглинистые породы) содержат больше Fe2O3 и MgO по сравнению с песчаниками. Большинство фигуративных точек улканских песчаников тяготеет к полю бассейнов, связанных с ПКО. На диаграммах, основанных на содержаниях K2O и Na2O, значительное число точек песчаников бириндинской, и особенно конкулинской, свит находится намного выше поля ПКО (рис. 3). К полю АКО наиболее тяготеют фигуративные точки песчаников нельбачанской свиты и часть точек улкачанской свиты. В полях ООД точек докембрийских песчаников нет. По этим диаграммам можно заключить, что наиболее спокойные обстановки были в раннем рифее.
Рис. 3. Фигуративные точки составов песчаников на диаграммах по М.Р. Бхатиа (Bhatia, 1983). Бассейны, связанные с тектоническими обстановками: A – ООД (oceanic island arc OIA), B – КОД (continental island arc CIA), C – АКО (active continental margin ACM), D – ПКО (passive margin PM). I – VI – точки составов средних песчаников: I – OIA, II – CIA, III – ACM, IV – PM по (Bhatia, 1983), V – Американской платформы по (Bhatia, 1983 со ссылкой на Ронов, Мигдисов, 1971), VI – Русской платформы по [7]. Остальные условные обозначения на рис. 2
На диаграммах K2O/Na2O – SiO2/Al2O3 Дж. Мейнарда с соавторами и SiO2 – K2O/Na2O Б. Розера и Р. Корша фигуративные точки палеозойских песчаников Восточной Австралии также находятся в предназначенных для них полях, Американской и Русской платформ – в поле ПКО (рис. 4, а). За исключением единственной точки, все фигуративные точки докембрийских песчаников находятся в поле ПКО, образуя локальные, хотя и с некоторым перекрытием, поля свит. Но заметно, что поле 2 (точки улкачанской свиты) и поле 6 (точки нельбачанской свиты) расположены ближе других к полю АКО (рис. 4, а). По приведенным параметрам возможно дать общую тектоническую характеристику как спокойную с тенденцией активизации в улкачанское время.
Изученные песчаники содержат более 63 % SiO2 (кислые), и поэтому была выбрана диаграмма DF1-DF2 для высококремнистых пород по [8]. На диаграмме DF1-DF2 С. Верма и Дж. Армстронга-Алтрина фигуративные точки средних песчаников Восточной Австралии (I, II, III), характеризующие активные тектонические обстановки, находятся в секторе дуг (рис. 4, б). «Неактивные» точки пассивной окраины Восточной Австралии (IV) и алевропесчаника Русской платформы (VI) расположены в коллизионном секторе. На данной диаграмме DF1-DF2 нет поля ПКО (аналога поля платформ), поэтому фигуративные точки составов пассивных песчаников вынуждены расположиться в полях либо рифта, либо коллизии. Вероятно, на диаграммах DF1 – DF2 (2013 г.) поле коллизионной обстановки отвечает полю ПКО (и платформы) на ранних диаграммах конца ХХ века. В секторе дуг точек описываемых песчаников нет. В секторе коллизионной обстановки локализовалось большинство точек песчаников нижнепротерозойских нельбачанской и топориканскй свит, а также точки нижнерифейской (верхнепротерозойской) конкулинской свиты. Точки песчаников нижнепротерозойских улкачанской и элгэтэйской свит и нижнерифейской бириндинской свиты расположились в секторе рифтовой обстановки, причем «улкачанские» точки находятся ближе «элгэтэйских» и «бириндинских» к сектору дуг. По положению полей свит возможна следующая интерпретация тектонических обстановок в разные временные периоды. Топориканская свита формировалась в постколлизионной спокойной обстановке. Нахождение точек улкачанских песчаников в рифтовом секторе диаграммы DF1 – DF2 и их близость к сектору дуг может маркировать начало рифтогенеза, а «элгэтэйские» точки также в рифтовом секторе – его продолжение. Разброс точек песчаников бириндинской свиты предположительно связан с началом коллизии, а компактное поле точек песчаников конкулинской свиты в коллизионном секторе – с периодом тектонической стабилизации. Реконструкция на основе химического состава песчаников не противоречит реконструкции, проведенной на основе структурно-вещественного состава магматических пород вулкано-плутонических комплексов, и описанной в разделе «Геологический очерк» со ссылкой на [1]. Однако вопросы остаются и касаются в большей степени интерпретации коллизионных обстановок. Пока нет диаграмм, удовлетворяющих желанию надежно распознавать тектонические обстановки, хотя исследования по их созданию проводятся [3, 6 и др.].
Рис. 4. Положение фигуративных точек составов песчаников: а – на диаграмме SiO2 – K2O/Na2O по (Roser, Korsch, 1986), б – на мультидиаграмме DF1 (Arc-Rift-Col) m1 – DF2 (Arc-Rift-Col) m1 по [8]. Условные обозначения на рис. 2, 3
Заключение
Реконструированы тектонические обстановки пассивной континентальной окраины с периодами активизации в раннем протерозое, пассивной континентальной окраины – в позднем протерозое (раннем рифее). Локализация полей песчаников разных свит на новой диаграмме DF1-DF2 позволяет предполагать смену рифтовых и коллизионных обстановок как в раннем, так и в позднем протерозое. Следует продолжить тестирование новых мультидиаграмм, применять их для выделения континентальных рифтов. Желательно соблюдать ограничения методов (в частности, сомнительно на диаграммы М.Р. Бхатиа помещать фигуративные точки алевроглинистых пород).