Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,823

ОСОБЕННОСТИ ОБСТАНОВОК ФОРМИРОВАНИЯ ПАЛЕОЗОЙСКИХ И РАННЕМЕЗОЗОЙСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ ЮГО-ЗАПАДНОГО ПРИМОРЬЯ: РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗУЧЕНИЯ И ИНТЕРПРЕТАЦИИ ВЕЩЕСТВЕННОГО СОСТАВА ПЕСЧАНЫХ ПОРОД

Малиновский А.И. 1
1 Дальневосточный геологический институт ДВО РАН
В статье рассматриваются результаты изучения вещественного состава песчаных пород из палеозойских-раннемезозойских отложений Лаоелин-Гродековского террейна (Юго-Запад Приморья). Задачей исследования было всестороннее изучение вещественного состава песчаных пород с целью дальнейшей палеогеодинамической реконструкция обстановок накопления отложений террейна, а также определение типов и породных составов их источников питания. Было установлено, что песчаные породы изученных свит существенно различаются по вещественному составу и, соответственно, формировались в различных палеогеодинамических обстановках. Песчаники раннесилурийской кордонкинской свиты по петрографическим и геохимическим параметрам относятся к грауваккам, в которых доминируют тяжелые минералы, характерные для островодужных вулканитов. Интерпретация полученных данных свидетельствует о накоплении пород в бассейне, сопряженном с внутриокеанической островной дугой, для которого источником питания служили основные и средние вулканические породы самой дуги, а также осадочные и магмaтические породы ее основания. Минералогические и геохимические cвойства ранне-среднепермской решетниковской свиты свидетельствуют об их принадлежности к аркозам, в которых доминируют минералы гранитно-метаморфической ассоциации. Отложения свиты накапливались в бассейнах, расположенных на пассивной континентальной окраине. Источниками вещества были участвовавшие в строении этой окраины кратоны и краевые части рифтов, сложенные гранитоидами, метаморфическими и осадочными породами. Песчаники позднетриасовой тальминской свиты относятся к грауваккам, особенности состава которых позволяют предполагать их формирование на активной континентальной окраине в бассейнах рифтогенного происхождения. Обломочный материал поступал с краевых частей рифтов, сложенных кислыми и средними изверженными и метаморфическими породами. Полученные результаты позволяют рассматривать Лаоелин-Гродековский террейн как аккреционную призму, состоящую из палеозойских и раннемезозойских отложений, формировавшихся в различных геодинамических обстановках.
Лаоелин-Гродековский террейн
песчаники
вещественный состав
геодинамические обстановки
1. Геодинамика, магматизм и металлогения Востока России / Под ред. А.И. Ханчука. Кн. 1. Владивосток: Дальнаука, 2006. 572 с.
2. Малиновский А.И., Голозубов В.В., Касаткин С.А. Геохимия, источники питания и геодинамические обстановки накопления нижнесилурийских терригенных отложений Лаоелин-Гродековского террейна (Приморье) // Успехи современного естествознания. 2019. № 11. С. 121–127. DOI: 10.17513/use.37250.
3. The Central Asian Orogenic Belt: Geology, Evolution, Tectonics and Models. Ed. A. Kröner. Stuttgart: Borntaeger Science Publisher, 2015. 313 p.
4. Шутов В.Д. Классификация песчаников // Литология и полезные ископаемые. 1967. № 5. С. 86–102.
5. Pettijohn F.J., Potter P.E., Siever R., Sand and Sandstone. New Work: Springer. 1972. 618 p.
6. Taylor S.R., McLennan S.M. Planetary crusts: Their composition, origin and evolution. Cambridge: Cambridge University Press, 2009. 378 p.
7. Малиновский А.И. Источники питания и обстановки формирования кайнозойских отложений Западно-Сахалинского террейна по результатам изучения тяжелых обломочных минералов // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2019. № 3 (43). С. 5–25. DOI: 10.31431/1816-5524-2019-3-43-5-25.
8. Garzanti E., Ando S. Plate tectonics and heavy mineral suites of modern sands. Heavy minerals in use. Developments in sedimentology. 2007. Amsterdam: Elsevier, 2007. V. 58. P. 741–764. DOI: 10.1016/S0070-4571(07)58029-5.
9. Dickinson W.R., Suczek C.A. Plate tectonics and sandstone composition. Amer. Assoc. Petrol. Geol. Bull. 1979. V. 63. № 12. P. 2164–2182.
10. Roser B.P., Korsch R.J. Provenance signatures of sandstone-mudstone suites determined using discriminant function analysis of major-element data. Chem. Geol. 1988. V. 67. P. 119–139. DOI: 10.1016/0009-2541(88)90010-1.
11. Cullers R.L. Implications of elemental concentrations for provenance, redox conditions, and metamorphic studies of shales and limestones near Pueblo, CO, USA. Chem. Geol. 2002. V. 191. P. 305–327. DOI: 10.1016/S0009-2541(02)00133-X.
12. Potter P.E., Maynard J.B., Pryor W.A. Sedimentology of shale: study guide and reference source. New York: Springer-Verlag, 2012. 303 p.
13. Bhatia M.R. Plate tectonics and geochemical compositions of sandstones. J. Geol. 1983. V. 91. № 6. P. 611–627. DOI: 10.1086/628815.
14. Bhatia M.R., Crook K.A.W. Trace element characteristics of graywackes and tectonic setting discrimination of sedimentary basins. Contrib. Mineral. Petrol. 1986. V. 92. P. 181–193. DOI: 10.1007/BF00375292.
15. Roser B.P., Korsch R.J. Determination of tectonic setting of sandstone-mudstone suites using SiO2 content and K2O/Na2O ratio. J. Geol. 1986. V. 94. № 5. P. 635–650. DOI: 10.1086/629071.

Комплексное применение методов детального изучения вещественного состава терригенных пород, а также построенная на современных методиках его генетическая интерпретация позволяют решить одну из насущных задач геологии Дальнего Востока России: выяснение палеогеoдинамических обстановок накопления разновозрастных отложений в бассейнах, фрагменты которых устанавливаются в орогенных поясах, протягивающихся вдоль восточной окраины Азиатского континента. Одним из таких фрагментов, расположенным в юго-западной части Приморья, является Лаоелин-Гродековский террейн, в строении которого участвуют нижнесилурийские, нижне-среднепермские и верхнетриасовые отложения. Литологическая изученность терригенных пород, несмотря на продолжительную историю геолого-съемочных и тематических исследований, остается низкой, а существующие представления об условиях их формирования значительно разнятся и часто не обоснованы. Цель исследования – на основании изучения и интерпретации вещественного состава песчаных пород террейна восстановить обстановки и источники питания его бассейнов седиментации.

Материалы и методы исследования

Исследования основываются на результатах комплексного изучения вещественного состава песчаных пород из палеозойских и раннемезозойских отложений Лаоелин-Гродековского террейна. Образцы и пробы для исследований были отобраны из береговых обнажений рек, выемок вдоль дорог и в карьерах. Для исследований выбраны песчаники, несущие максимальную информацию для расшифровки геодинaмических обстановок накопления отложений. Петрографический и минеральный состав пород изучался с использованием поляризационного микроскопа Axioplan 2 imaging. Минералы тяжелой фракции выделялись и определялись традиционными методами. Химический состав пород был изучен на спектрометре iCAP 6500 Duo методом атомно-эмиссионной спектрoметрии с индуктивно связанной плазмой. Cодержания редких и редкоземельных элементов (РЗЭ) устанавливались на квадрупольном масс-спектрометре Agilent 7500с с использованием метода плазменной спектрометрии (ICP-MS). Исследования выполнены в лабораториях Аналитического центра (ЦКП) ДВГИ ДВО РАН (г. Владивосток), аналитики Е.В. Волкова, П.Д. Гасанова, Г.А. Горбач, Е.В. Еловский, В.Н. Каминская, Е.А. Ткалина, Н.В. Хуркало.

Результаты исследования и их обсуждение

Лаоелин-Гродековский террейн представляет собой одну из важнейших тектонических структур восточной окраины Азиатского континента, образуя западное обрамление мезозойского Сихотэ-Алинского орогенного пояса [1–3]. Террейн находится на юго-западе Приморья и представляет собой узкий (до 80 км) блок, протягивающийся на 300 км вдоль границы с Китаем и уходящий на его территорию (рис. 1). В строении террейна участвуют сложно дислоцированные силурийские, пермские и триасовые терригенные и вулканогенные образования, прорванные позднепермскими и раннемезозойскими гранитоидами [2].

Изученные отложения имеют состав, представленный на рис. 1. Раннесилурийская кордонкинская свита (2100 м) состоит из переслаивающихся разнoзернистых песчаников, алевролитов и аргиллитов, сланцев, туфов, базальтов, андезитов, редко конгломератов и кремнисто-глинистых пород [2]. Ранне-среднепермская решетниковская свита (до 2100 м) сложена в основном терригенными породами: песчаниками, алевролитами, аргиллитами, конгломератами и гравелитами. Позднетриасовая тальминская свита (500–800 м) состоит в основном из вулканических пород: дацитов, риолитов, андезитов, кластолав, туфов и лишь в ее основании отмечаются пачки и линзы песчаников, конгломератов и гравелитов.

Для выяснения обстановок формирования и определения источников питания отложений террейна, в песчаниках были изучены породообразующие компоненты, тяжелые обломочные минералы, а также их геохимический состав. Результаты представлены на рис. 2.

Песчаники кордонкинской свиты от мелко- до крупнозернистых, сортировка и окатанность обломочного материала слабая либо средняя. Обломочная часть представлена кварцем (13–22 %), полевыми шпатами (32–46 %), обломками пород (34–49 %): вулканитами, терригенными породами, кремнями, сланцами, кварцитами. Песчаники решетниковской свиты обычно от средне- до крупнозернистых, реже мелкозернистые. Обломочный материал слабо либо средне окатан и отсортирован. В породах доминирует кварц (40–48 %), меньше полевых шпатов (25–40 %) и обломков пород (15–45 %): метаморфических, кислых эффузивных и интрузивных. Тальминские песчаники средне- и крупнозернистые, со слабой либо средней сортировкой и окатанностью материала. Породы содержат 22–27 % кварца, 24–35 % полевых шпатов и 41–54 % обломков пород: средних и кислых эффузивов, гранитоидов, реже обломочных, кремнистых и метаморфических пород. В целом, по классификации породообразующих компонентов [4], кордонкинские и тальминские песчаники являются кварцево-полевошпатовыми граувакками, а решетниковские – полевошпатовыми аркозами и полевошпатово-кварцевыми граувакками (рис. 2, а).

Известно, что для различных геодинамических обстановок свойственны определенные ассоциации тяжелых минералов [7, 8]. На рис. 2, б, показаны средние содержания и характер распределения тяжелых минералов в изученных свитах. В породах кордонкинской свиты преобладает фемическая ассоциация тяжелых минералов (в сумме в среднем 92 %), происходящая из основных и ультраосновных магматических пород: хромит, магнетит, пироксен, роговая обманка, эпидот, а также ильменит и лейкоксен, которые, впрочем, могут встречаться и в гранитоидах. В подчиненную сиалическую ассоциацию (в среднем до 8 %) входят минералы гранитоидов и метамoрфических пород: циркон, гранат, турмалин, сфен, апатит, рутил и анатаз. В решетниковских песчаниках уже преобладает (в среднем 75 %) сиалическая ассоциация, в которой основной минерал циркон (в отдельных пробах до 97 %). Вместе с тем в породах содержится и небольшое количество хромита (в среднем 9 %), указывающего на присутствие в источниках сноса основных и ультраосновных магматитов. В тальминских песчаниках также преобладает сиалическая ассоциация (в среднем 86 %). Но, в отличие от решетниковских, здесь доминирует гранат (в среднем 64 %), а вот циркона не более 25 %. Фемическая ассоциация находятся в резко подчиненном количестве (до 14 %).

malinovsk1.tif

Рис. 1. Схематическая геологическая карта Юго-Западного Приморья [2] и литолого-стрaтиграфические колонки изученных свит. Для карты: 1 – Лаоелин-Гродековский террейн; 2 – террейны раннепалеозойского Бурея-Ханкайского орогенного пояса; 3 – террейны раннепалеозойской активной окраины, 4 – террейны позднемезозойского Сихотэ-Алинского орогенного пояса. Для колонок: 5 – конгломераты и гравелиты; 6 – песчаники; 7 – алевроаргиллиты; 8 – кремнисто-глинистые породы: 9 – базальты; 10 – туфы основного состава; 11 – андезиты; 12 – туфы среднего состава; 13 – дациты и риолиты; 14 – туфы кислого состава

malinovsk2.tif

Рис. 2. Минералого-геохимический состав песчаников изученных свит Лаоелин-Гродековского террейна; а – классификационная диаграмма по породообразующим компонентам [4]; б – состав и характер распределения тяжелых обломочных минералов; в – классификационная диаграмма по химическому составу [5]; г – спектры распределения РЗЭ и их сопоставление с PAAS [6]. 1–3 – свиты: 1 – кордонкинская, 2 – решетниковская, 3 – тальминская; 4 – PAАS

По химическому составу песчаники террейна существенно различаются. Геохимические особенности пород кордонкинской свиты достаточно подробно освещены в предыдущей публикации [2]. Отметим лишь низкие содержания в них SiO2 (54,50–64,51 %), повышенные FeO + Fe2O3 (6,63–9,26 %), MgO (2,36–7,83 %), TiO2 (0,61–1,19 %) и Al2O3 (12,22–16,65 %), а также обычные для граувакк преобладания Na2O над K2O. Решетниковские песчаники резко отличаются от кордонкинских, что выражается в высоких содержаниях SiO2 (75,22–86,55 %), пониженных TiO2 (0,15–0,68 %), Al2O3 (6,71–13,72 %) и FeO + Fe2O3 (0,29–2,60 %), а также свойственным уже аркозам преобладанием K2O над Na2O. Песчаники тальминской свиты по химии занимают промежуточное положение между породами кордонкинской и решетниковской свит. Содержание оксидов в них изменяется незначительно: SiO2 (66,90 %–71,66 %), TiO2 (0,42–0,92 %), Al2O3 (13,84–15,02 %), FeO + Fe2O3 (2,68–4,67 %), MgO (0,73–1,26 %), при этом отношение K2O/Na2O ≤ 1, что приближает их к грауваккам. На классификационной диаграмме (рис. 2, в) [5] песчаники кордонкинской и тальминской свит попадают в поле граувакк, а решетниковской – аркоз и частично лититовых аренитов и субаркоз.

В песчаных породах изученных свит суммарные концентрации РЗЭ относительно невелики: в кордонкинской свите 55–183 г/т, решетниковской 97–179 г/т и тальминской 97–148 г/т. Спектры распределения РЗЭ (рис. 2, г) в песчаниках всех cвит характеризуются умеренной степенью фракционирования при невысоком отношении легких лантаноидов к тяжелым (LaN/YbN в кордонкинской свите 3,58–8,97, в решетниковской 4,81–11,29, в тальминской 6,05–8,10). Вместе с тем в кордонкинской свите эти спектры характеризуются отсутствием либо слабо проявленной отрицательной европиевой аномалией (Eu/Eu* 0,71–1,14) [2], в то время как в решетниковской и тальминской она достаточно выражена (0,48-0,79 и 0,55–0,69 соответственно). Cопоставление со средним постархейским глинистым сланцем (PAAS) [6] показывает, что во всех свитах породы обеднены подавляющим большинством элементов (от 1,1 до 2,4 раза).

Палеогеодинамическая интерпретация полученных минералого-геохимических данных осуществлена с использованием классических дискриминантных диаграмм, разработанных при сравнении результатов исследования древних обломочных пород и современных отложений, накапливавшихся в известных геодинамических обстановках [2, 7, 8].

Положение точек состава песчаников на диаграммах, используемых для реконструкции геотектонических типов источников питания (рис. 3, а, б) [8, 9], свидетельствует, что для отложений кордонкинской свиты областью питания была переходная, частично эродированная островная дуга, при этом отложения формировались как за счет разрушения основных-средних вулканитов самой дуги, так и магматических и обогащенных кварцем осадочных пород ее фундамента (рис. 3, в, г) [10, 11]. Реконструкция типов источников питания для решетниковской свиты показывает, что на осадконакопление в основном влияли размывавшиеся блоки пассивной континентальной окраины: кратоны и краевые части рифтов, сложенные кислыми изверженными, метаморфическими и обогащенными кварцем осадочными породами (рис. 3). Интерпретация состава песчаников тальминской свиты неоднозначна. Источниками ее питания могли быть как переходная, частично эродированная энсиалическая островная дуга, так и краевые части рифтов, связанных с активной континентальной окраиной. Размывались кислые и средние изверженные породы, а также породы низких стадий метаморфизма (рис. 3).

malinovsk3.tif

Рис. 3. Источники питания для отложений изученных свит террейна: а – по породообразующим компонентам [9]. Типы областей питания: I – устойчивые кратоны и блоки основания, II – ремобилизованные орогены, III – магматические дуги (IIIa – расчлененные, глубоко эродированные, IIIb – переходные, IIIc – нерасчлененные, слабо эродированные), IV – смешанные источники питания; б – по тяжелым обломочным минералам [8]. A – амфиболы; B – клино-, ортопироксены, оливины и хромиты; С – другие прозрачные минералы. Типы питающих провинций: 1 – континентальные блоки (кратоны и краевые части рифтов); 2 – коллизионные орогены; 3–6 – магматические дуги: 3 – неэродированные, 4 – переходные слабоэродированные, 5 – переходные эродированные, 6 – сильноэродированные; в–г – вероятные составы материнских пород по геохимическим данным на диаграммах: в – F1–F2 [10]: F1 = 30,638·TiO2/Al2O3 – 12,541·Fe2O3*/Al2O3 + 7,329·MgO/Al2O3 + 12,031·Na2O/Al2O3 + 35,402·K2O/Al2O3 – 6,382; F2 = 56,5·TiO2/Al2O3 – 10,879·Fe2O3*/Al2O3 + 30,875·MgO/Al2O3 – 5,404·Na2O/Al2O3 + 11,112·K2O/Al2O3 – 3,89; г – La/Sc–Th/Co [11]. Условные обозначения см. на рис. 2

malinovsk4.tif

Рис. 4. Палеогеодинамические обстановки формирования отложений изученных свит: а, б – типы бассейновых обстановок [12]: а – по породообразующим компонентам песчаников, б – по их химическому составу. Бассейны: пассивных (ТЕ) и активных континентальных окраин, осложненных сдвиговыми дислокациями по трансформным разломам (SS); сопряженные: с окраинно-континентальной магматической дугой (CA), с океанической вулканической дугой (FA – преддуговые и BA – задуговые бассейны), в–д – типы бассейнов по геохимическим данным [13, 14], сопряженные: А – с океаническими, В – с континентальными островными дугами, С – с активными, D – с пассивными континентальными окраинами. Fe2O3* – общее железо, е – бассейны различных тектонических обстановок [15]. Условные обозначения см. на рис. 2

Существование определенных типов и породного состава источников питания подразумевает и конкретные геодинамические обстановки образования связанных с ними осадочных бассейнов [2, 7]. Положение точек состава песчаников кордонкинской свиты на диаграммах, предложенных рядом авторов [12–14] для разделения песчаников из бассейнов различных геодинамических обстановок (рис. 4), позволяет говорить об их формировании в бассейне, сопряженном с внутриокеанической островной дугой [2]. Интерпретация состава решетниковских песчаников (рис. 4) свидетельствует об их накоплении в бассейнах (внутри- и межконтинентальных рифтах и авлакогенах), связанных с пассивной континентальной окраиной. Интерпретация состава тальминских песчаников неоднозначна. На части диаграмм (рис. 4, г, д) их точки попадают в поля бассейнов окраинно-континентальных дуг, но на большинстве же других (рис. 4, а, б, в, е) они ложатся в поля бассейнов активных континентальных окраин, в том числе осложненных дислокациями по трансформным разломам. Исходя из этого, а также учитывая вероятную принадлежность областей сноса к краевым частям рифтов, можно предположить накопление отложений на активной континентальной окраине в бассейнах рифтогенного происхождения.

Заключение

Рассмотрен вещественный состав палеозойских и раннемезозойских песчаных пород Лаоелин-Гродековского террейна Юго-Западного Приморья. Изучение и интерпретация полученных данных свидетельствуют, что породы существенно отличаются по составу и формировались в различных геодинамических обстановках. Формирование отложений кордонкинской свиты происходило в бассейне, связанном с внутриокеанической островной дугой. Источниками материала были основные и средние вулканиты дуги, а также магматические и осадочные породы ее основания. Отложения решетниковской свиты накапливались в бассейнах пассивной континентальной окраины. Источниками питания были входящие в состав этой окраины кратоны и краевые части рифтов, сложенные кислыми изверженными, метаморфическими и осадочными породами. Тальминская свита формировалась на активной континентальной окраине в бассейнах рифтогенного происхождения. Источниками кластики выступали краевые части этих рифтов, сложенные кислыми и средними изверженными породами и метаморфитами. В целом полученные результаты позволяют рассматривать Лаоелин-Гродековский террейн как аккреционную призму, состоящую из палеозойских и раннемезозойских отложений, формировавшихся в различных геодинамических обстановках.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ № 19-05-00037-а.


Библиографическая ссылка

Малиновский А.И. ОСОБЕННОСТИ ОБСТАНОВОК ФОРМИРОВАНИЯ ПАЛЕОЗОЙСКИХ И РАННЕМЕЗОЗОЙСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ ЮГО-ЗАПАДНОГО ПРИМОРЬЯ: РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗУЧЕНИЯ И ИНТЕРПРЕТАЦИИ ВЕЩЕСТВЕННОГО СОСТАВА ПЕСЧАНЫХ ПОРОД // Успехи современного естествознания. – 2020. – № 7. – С. 132-138;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=37443 (дата обращения: 27.10.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074