Изучение геохимических особенностей терригенных пород, принимающих участие в строении древних террейнов, имеет важнейшее значение для реконструкции геодинамических обстановок формирования седиментационных бассейнов, в которых эти породы накапливались, а также для выяснения тектонического типа и породного состава областей их питания [1–3]. В складчатых областях, где из-за плохой обнаженности и сложного строения толщ геологические исследования крайне затруднены, правильная интерпретация полученных геохимических данных во многом определяет надежность палеореконструкций, достоверность стратиграфических схем, геологических разрезов и карт. В настоящее время каких-либо устоявшихся представлений о геодинамической природе нижнесилурийских отложений палеозойско-ранненемезозойского Лаоэлин-Гродековского террейна Приморья нет [4]. Имеющиеся построения носят в целом общий характер и основаны на серии предположений, которые требуют фактических обоснований. Цель данной публикации – показать особенности геохимического состава терригенных пород раннесилурийской кордонкинской свиты террейна и на основании его интерпретации установить геодинамическую природу бассейна седиментации, а также определить источники его питания.
Материалы и методы исследования
В основу исследования положены результаты изучения содержания и характера соотношений петрогенных, редких и редкоземельных элементов (РЗЭ) в раннесилурийских терригенных породах Лаоелин-Гродековского террейна Приморья. Пробы пород отбирались из обнажений, располагающихся вдоль берега р. Кордонка, в придорожных выемках и карьерах. Для аналитических исследований выбирались породы, наименее затронутые вторичными изменениями, что контролировалось петрографическими наблюдениями. Содержания петрогенных элементов определялись методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой на спектрометре iCAP 6500 Duo. Определение концентраций редких и редкоземельных элементов выполнялось методом плазменной спектрометрии (ICP-MS) на квадрупольном масс-спектрометре Agilent 7500с. Все исследования выполнены в лабораториях аналитической химии и рентгеновских методов Аналитического центра (ЦКП) ДВГИ ДВО РАН, аналитики Е.В. Волкова, Г.А. Горбач, Е.В. Еловский, В.Н. Каминская, Е.А. Ткалина, Н.В. Хуркало.
Результаты исследования и их обсуждение
Лаоелин-Гродековский террейн расположен в юго-западной части Приморского края, протягиваясь вдоль границы с Китаем на 300 км и частично располагаясь на его территории (рис. 1). Террейн совместно с раннепалеозойскими террейнами Бурея-Ханкайского орогенного пояса составляет западное обрамление позднемезозойского Сихотэ-Алинь-Северо-Сахалинского орогенного пояса [4, 5]. Террейн образован мозаикой разновозрастных блоков, сложенных главным образом интенсивно дислоцированными пермскими и триасовыми терригенными и вулканогенными образованиями, прорванными гранитоидами позднепермского и юрского возраста. В западной части террейна выделяется линзовидный тектонический блок, протягивающийся в меридиональном направлении на 35 км при ширине до 6 км и сложенный нижнесилурийскими отложениями, относящимися к кордонкинской свите. Мощность ее отложения достигает 2100 м. Они представлены песчаниками различной зернистости, алевролитами, аргиллитами, слюдяными сланцами, туфами и тефроидами, базальтами и андезитами, иногда конгломератами и кремнистыми породами. Раннесилурийский возраст свиты устанавливается на основании многочисленных находок остатков граптолитов и брахиопод [6].
Для геохимических исследований использовались наиболее типичные по своим петрографическим свойствам песчаные и глинисто-алевритовые породы. Изученные песчаники по размерности, от мелко- до крупнозернистых, обладают слабой либо средней степенью сортированности и окатанности обломочного материала. По породообразующим компонентам породы относятся к кварц-полевошпатовым и собственно грауваккам. Обломочная составляющая представлена кварцем (10–25 %), полевыми шпатами (25–60 %) и обломками пород (35–65 %), среди которых в различных количествах встречаются кремнистые, вулканические и терригенные породы, кварциты и сланцы.
По химическому составу песчаные породы кордонкинской свиты очень близки: содержание SiO2 варьирует от 54,50 % до 57,75 % и лишь в двух пробах превышает 60 %, TiO2 (0,61 %–1,19 %), Al2O3 (12,22–16,66 %), FeO + Fe2O3 (6,63–9,26 %), MgO (2,36–7,83 %). Помимо этого, песчаники характеризуются преобладанием Na2O над K2O (2,26–4,39 % и 0,86–2,13 % соответственно). По своим геохимическим параметрам песчаники являются типичными граувакками (рис. 2) [7]. Химический состав глинисто–алевритовых пород близок к составу песчаников, они отличаются только меньшими содержаниями SiO2 (54,29–58,74 %) и MgO (3,20–4,50 %), но большими – TiO2 (0,64–1,42 %), Al2O3 (17,15–18,67 %) и FeO + Fe2O3 (7,72–12,28 %). Кроме того, K2O в них преобладает над Na2O (2,67–3,44 % и 1,28–2,31 % соответственно).
Рис. 1. Схема расположения Лаоелин-Гродековского террейна в геологических структурах Южного Приморья – а; геологическая карта района распространения отложений кордонкинской свиты – б; литолого-стратиграфическая колонка отложений кордонкинской свиты – в. Для схемы: 1 – Лаоелин-Гродековский террейн; 2 – террейны раннепалеозойского Бурея-Ханкайского орогенного пояса; 3 – террейны раннепалеозойской активной окраины, 4 – террейны мезозойского Сихотэ-Алинского орогенного пояса. Для карты: 5 – кордонкинская свита (S1kr); 6 – решетниковская свита (P1-2rs); 7 – барабашская свита (P2-3br); 8 – павловская свита (P3-N1pv); 9 – позднепермские граниты (γP3); 10 – места нахождения фауны; 11 – элементы залегания пород; 12 – разломы. Для колонки: 13 – конгломераты и гравелиты; 14 – песчаники; 15 – алевролиты и аргиллиты; 16 – кремнистые и кремнисто-глинистые породы: 17 – базальты и андезиты; 18 – туфы и туффиты
Рис. 2. Классификационная диаграмма для песчаных пород кордонкинской свиты [7]
Использование ряда петрохимических модулей [8] позволяет получить объективную информацию о степени зрелости изученных пород, литогенной либо петрогенной природе осадков, а также корректно проводить палеореконструкции условий и обстановок осадконакопления. По этим показателям породы кордонкинской свиты характеризуются: 1) значениями гидролизатного модуля ГМ = (Al2O3 + + TiO2 + Fe2O3 + FeO + MnO)/SiO2, варьирующими от 0,35–0,47 для песчаных пород до 0,46–0,55 для глинисто-алевритовых, что свидетельствует об их низкой зрелости и образовании за счет физического выветривания пород областей сноса, химическое выветривание имело второстепенное значение, 2) высоким показателем фемичности ФМ = (Fe2O3 + FeO + MnO + + MgO)/SiO2 (во всех породах от 0,15 до 0,30), позволяющим относить их к типичным грауваккам, 3) высокой титанистостью ТМ = TiO2/Al2O3 (в песчаниках 0,041–0,071, а в глинисто-алевритовых породах 0,037–0,055), но пониженной нормативной щелочностью НКМ = (Na2O + + K2O)/Al2O3 (0,28–0,37 и 0,24–0,31 соответственно), что обычно связано со значительной примесью в породах кластики основных вулканитов.
Концентрации и характер распределения редких и редкоземельных элементов (РЗЭ) в песчаных и глинисто-алевритовых породах кордонкинской свиты близки. В сумме содержания РЗЭ в них относительно невелики (в песчаниках 76–140 г/т, в глинисто-алевритовых породах 75–206 г/т). Породы характеризуются умеренно фракционированными спектрами распределения РЗЭ с невысокими отношениями легких лантаноидов к тяжелым (LaN/YbN в песчаниках 3,70–8,97, в глинисто-алевритовых породах 5,50–10,28), а также отсутствием либо слабо выраженной отрицательной европиевой аномалией (Eu/Eu* в песчаниках 0,71–1,14, в глинистых породах 0,60–0,94) (рис. 3). По сравнению со средним постархейским глинистым сланцем (PAAS) [9] породы обеднены всеми элементами (от 1,1 до 2,1 раза) и лишь иногда некоторые из них находится в равных либо несколько более высоких концентрациях.
Реконструкция палеогеодинамических обстановок формирования нижнесилурийских отложений кордонкинской свиты осуществлена при помощи серии широко известных дискриминантных диаграмм, построенных на основании актуалистического подхода, т.е. их сравнения с результатами изучения древних отложений и современных глубоководных осадков, формирование которых происходило в известных тектонических обстановках. При построении диаграмм использован ряд индикаторных оксидов, редких элементов и их отношений, отражающих минерально-петрографический состав материнских пород источников питания, а также особенности накопления осадков в различных тектонических обстановках. На диаграммах, используемых для выяснения геодинамических обстановок формирования бассейнов осадконакопления, фигуративные точки песчаников кордонкинской свиты группируются (либо приближаются к ним) в полях бассейнов, сопряженных с внутриокеанической островной дугой, примером которой является Идзу-Бонинская дуга [10–12] (рис. 4, а–д). Судя по положению точек на диаграмме [13], это вероятно был ее преддуговой бассейн (рис. 4, е). Точки состава глинисто-алевритовых пород иногда смещаются в область окраинно-континентальных островных дуг, что, вероятно, связано с большим, по сравнению с песчаниками, содержанием глинистых минералов и меньшим – обломочных компонентов.
Рис. 3. Спектры распределения РЗЭ, нормированных по хондриту, в песчаниках и глинисто-алевритовых породах кордонкинской свиты и сопоставление их с PAAS [9]
Рис. 4. Палеогеодинамическая интерпретация геохимического состава терригенных пород кордонкинской свиты. а–г – типы седиментационных бассейнов, связанных: А – с океаническими, В – с окраинно-континентальными островными дугами, С – с активными, D – с пассивными континентальными окраинами [10, 11]; д, е – типы бассейновых обстановок [12, 13]. Для е – бассейны: пассивных континентальных окраин (ТЕ); активных континентальных окраин, осложненных сдвиговыми дислокациями по трансформным разломам (SS); сопряженных с окраинно-континентальными островными дугами (CA); с океаническими дугами (FA – преддуговые и BA – задуговые бассейны)
Рис. 5. Источники обломочного материала для терригенных пород кордонкинской свиты Лаоелин-Гродековского террейна [14, 15]
Изучение содержания и характера распределения редких и редкоземельных элементов в терригенных породах позволяет судить о типе и составе материнских пород областей питания. Относительно невысокие суммарные содержания во всех породах свиты РЗЭ, невысокие отношения легких элементов к тяжелым, а также отсутствие либо слабое проявление отрицательной Eu аномалии позволяет говорить об их формировании за счет эрозии основных и средних вулканитов. Источником питания, судя по расположению точек на диаграммах, используемых для распознавания состава питающих провинций (рис. 5) [14, 15], была сама океаническая островная дуга. Отложения формировались за счет разрушения основных и средних вулканических образований дуги, а также магматических и осадочных образований ее фундамента.
Заключение
Для выяснения состава питающих провинций и геодинамического режима формирования нижнесилурийских отложений кордонкинской свиты Лаоелин-Гродековского террейна Приморья был изучен геохимический состав слагающих ее песчаных и глинисто-алевритовых пород. Полученные результаты позволяют говорить, что по геохимическим параметрам изученные породы являются петрогенными граувакками, образовавшимися в основном за счет механического разрушения материнских пород. Породы характеризуются низкой зрелостью, слабой литодинамической переработкой материала источников питания, а также высокой скоростью его захоронения. Палеогеодинамическая интерпретация результатов исследования свидетельствует, что седиментация происходила в обстановке, соответствующей преддуговому бассейну океанической островной дуги. Областью питания была сами дуга, сложенная основными и средними вулканитами, а также магматическими и осадочными образованиями, входившими в состав ее фундамента.
Работа выполнена при финансовой поддержке грантов РФФИ № 19-05-00037-а и № 19-05-00229-а.