Одним из актуальнейших направлений литологического изучения террейнов, расположенных на восточной окраине Азиатского континента, является выяснение геодинамических обстановок формирования слагающих их отложений, а также определение породного состава и возраста их областей питания.
Западно-Сахалинский террейн, расположенный на восточной границе Евразийской плиты и входящий в состав мезозойско-кайнозойского Сахалинско-Камчатского орогенного пояса, имеет ключевое значение для понимания процессов эволюции зоны перехода от Тихого океана к Азиатскому континенту [1]. В результате проведенных с последние годы исследований были установлены геодинамические обстановки формирования отложений террейна, а также намечены основные источники питания, поставлявшие обломочный материал в его седиментационные бассейны [2, 3].
Целью исследований является уточнение возраста и возможного расположения размывавшихся источников питания на основании U-Pb изотопного датирования обломочных цирконов из кайнозойских терригенных отложений Западно-Сахалинского террейна. В сочетании с результатами традиционных литологических и биостратиграфических исследований полученные данные позволят в дальнейшем полнее расшифровать историю формирования его осадочных бассейнов [4].
Материалы и методы исследования
Для геохронологического изучения обломочных цирконов были отобраны две пробы песчаников: образец Н-20 из отложений эоценовой каменской свиты, обнажающейся в правом борту р. Августовки (49 °40'06.9" с.ш. и 142 °14'12.0" в.д.), и образец Н-64 из отложений миоценовой верхнедуйской свиты, развитой в береговых обнажениях Татарского пролива у пос. Дуэ (50 °49'22,9" с.ш. и 142 °05'25.1" в.д.) (рис. 1). Предварительная пробоподготовка и выделение обломочных цирконов из песчаных пород проведены в лаборатории региональной геологии и тектоники ДВГИ ДВО РАН. Цирконы из пород извлекались с помощью тяжелой жидкости (бромоформ) после их дробления до 0,25 мм, а окончательный их отбор осуществлялся вручную под бинокуляром. U-Pb изотопные определения возрастов цирконов выполнены в лаборатории аналитической химии Аналитического центра (ЦКП) ДВГИ ДВО РАН методом LA-ICP-MS на квадрупольном масс-спектрометре с индуктивно-связанной плазмой Agilent 7500с, комбинированном с приставкой для лазерной абляции NWR-213.
Рис. 1. Схематическая геологическая карта и стратиграфические колонки кайнозойских отложений южной и северной частей Западно-Сахалинского террейна. Для карты: 1 – меловые терригенные образования; 2 – палеоцен-плиоценовые терригенные и вулканогенные образования; 3 – террейны и перекрывающие комплексы Восточного Сахалина; 4 – разломы; 5 – системы разломов: ЗС – Западно-Сахалинская, ТП – Тымь-Поронайская; 6 – места отбора пробы и их номер. Для колонок: 7 – конгломераты и гравелиты; 8 – песчаники; 9 – алевролиты и аргиллиты; 10 – кремнисто-глинистые породы; 11 – базальты; 12 – туфы и туффиты; 13 – угли; 14 – стратиграфические несогласия. Индексы свит: P1-2sn – снежинкинская, P2km – каменская, P2nd – нижнедуйская P2kp – краснопольевская, P2tk – такарадайская, P3ar – аракайская, P3hl – холмская, P3gn – геннойшинская, P3–N1hn – хойнджинская, N1nv – невельская, N1ch – чеховская; N1vd – верхнедуйская, N1sr – сертунайская, N1kr – курасийская, N1al – александровская; N1–2mr – маруямская
Результаты исследования и их обсуждение
Западно-Сахалинский террейн представляет собой тектонический блок, протягивающийся вдоль побережья Татарского пролива более чем на 650 км (рис. 1). Границами его служат две системы разломов – Западно-Сахалинская и Тымь-Поронайская. Южным продолжением террейна на о. Хоккайдо является пояс Сорачи-Йезо [1].
Кайнозойские отложения террейна мощностью до 12000 м представлены прибрежно-морскими и континентальными часто угленосными терригенными и вулканогенными породами: песчаниками, алевролитами, аргиллитами, гравелитами, конгломератами, туфами, туффитами, базальтами, углями. Породы в различной степени дислоцированы и с размывом, но без углового несогласия перекрывают меловые отложения. Следует отметить, что отложения, расположенные к северу и югу от широты г. Углегорска (49 ° с.ш.), различаются по мощностям и фациальным обстановкам осадконакопления [2; 3, 5]. Кратко остановимся на характеристике каменской и верхнедуйской свит, из которых были отобраны пробы для U-Pb изотопного датирования обломочных цирконов. Залегающая в основании разреза кайнозойских отложений северной части террейна эоценовая каменская свита (мощностью до 250 м) представлена континентальными, преимущественно грубообломочными, терригенными отложениями. В нижней ее части преобладают конгломераты и гравелитами, в средней – грубозернистые песчаники и алевролиты, а в верхней – вновь доминируют конгломераты с прослоями и линзами песчаников, алевролитов и углей. Угленосная миоценовая верхнедуйская свита (мощностью до 600 м) с размывом перекрывает все более древние отложения. В основании обычны горизонты базальных конгломератов. Выше свита состоит из переслаивания песчаников, алевролитов и аргиллитов, содержащих многочисленные пласты и линзы угля, мощностью 2–4 м.
Для U-Pb изотопного датирования цирконов были использованы наиболее типичные по своим вещественным параметрам песчаные пород [3, 6]. Песчаники обеих изученных свит средне- и крупнозернистые со средней либо хорошей степенью окатанности и сортированности обломочного материала. По породообразующим компонентам они относятся к кварц-полевошпатовым и полевошпатово-кварцевым грауваккам. Обломочная часть представлена кварцем (24–33 %), полевыми шпатами (23–33 %) и обломками пород (33–51 %), среди которых отмечаются кремнистые, вулканические и терригенные породы, кварциты и сланцы. Среди тяжелых обломочных минералов резко преобладает циркон, в отдельных пробах его содержание достигает 78 %. С цирконом находятся в ассоциации другие типичные представители гранитно-метаморфических пород – гранат (до 17 %), турмалин (до 12 %), апатит (до 8 %). Кроме того, в заметных количествах присутствуют магнетит (до 42 %), амфибол (до 11 %), лейкоксен (до 8 %) и хромит (до 7 %). Реконструируемые по вещественному составу песчаников обстановки осадконакопления соответствуют бассейнам активных континентальных окраин, осложненным сдвиговыми дислокациями по трансформным разломам. Отложения формировались главным образом за счет размыва сиалической суши, сложенной древними гранитно-метаморфическими и осадочными породами, а также вулканитов энсиалической дуги, аккретированной к краю континента [3, 6].
Определение U-Pb изотопных возрастов обломочных цирконов из песчаников позволяет получить новые данные, детализирующие состав и возраст основных источников питания, поставлявших материал в кайнозойские седиментационные бассейны Западно-Сахалинского террейна.
Выделенные из песчаников зерна циркона представлены в основном бесцветными или слабоокрашенными розовыми кристаллами с короткопризматическими и дипирамидальными очертаниями с коэффициентом удлинения 1,5–2,5. Вершины и ребра кристаллов часто сглажены либо слабо окатаны. В катодолюминесцентном изображении (рис. 2) у большинства зерен наблюдается хорошо выраженная тонкая концентрическая зональность. В некоторых зернах присутствуют мелкие газово-жидкие включения. Описанная группа цирконов имеет в основном мезо-кайнозойский возраст. Более древние зерна, как правило, средне или хорошо окатаны и не имеют четко выраженной зональности.
Рис. 2. Катодолюминесцентные изображения обломочных цирконов с конкордантными U-Pb возрастами из песчаников каменской (проба Н-20) и верхнедуйской (проба Н-64) свит
Рис. 3. Гистограммы и графики плотности вероятности распределения U–Pb изотопных возрастов обломочных цирконов из песчаных пород: а – каменской (проба Н-20) и б – верхнедуйской (проба Н-64) свит
Результаты U-Pb датирования приведены на гистограммах и графиках плотности вероятности возрастов (рис. 3). Из 20 детритовых цирконов, изученных в песчаниках эоценовой каменской свиты (обр. Н-20), конкордантными оказались датировки лишь 14 зерен (дискордантность |D|≤10 %).
Проведенные исследования показали, что в изученных песчаниках присутствуют цирконы преимущественно палеоцен-эоценового (54–65 млн лет, 50 % зерен) и мелового (69–99 млн лет, 36 % зерен) возраста. В резко подчиненном количестве (по одному зерну) встречаются цирконы юрского (166 млн лет) и позднедокембрийского (1375 млн лет) возраста. Обращает на себя внимание, что возраст самых «молодых» цирконов (54 и 55 млн лет) хорошо согласуется с биостратиграфическим возрастом свиты [5]. Среди 61 датированного обломочного циркона из песчаников миоценовой верхнедуйской свиты (обр. Н-64) конкордантными оказались 44 зерна. Большая часть из них также имеет палеоцен-эоценовый (46–64 млн лет, 25 % зерен) и меловой (69–106 млн лет, 30 %) возраст. Кроме того, часть зерен циркона характеризуются юрским (155–199 млн лет, 11 %), триасовым (203–216 млн лет, 7 %), пермским (265–288 млн лет, 7 %) и силурийским (412–423 млн лет, 4 %) возрастами. Остальные зерна образуют совокупность, имеющую широкий диапазон докембрийских возрастов (1224–2420 млн лет, 16 %). Следует отметить, что очень близкие результаты были получены при U-Pb исследованиях возрастов цирконов из миоценовых отложений южной части Западно-Сахалинского террейна [7]. В обоих случаях на диаграммах вероятности распределения U-Pb изотопных возрастов цирконы образуют сходные возрастные совокупности, характеризующиеся преобладанием палеогеновой и меловой возрастных групп и подчиненными пермско-юрской, раннепалеозойской и докембрийской группами.
Полученные данные по U-Pb датированию обломочных цирконов свидетельствуют, что область питания, поставлявшая обломочный материал в седиментационные бассейны Западно-Сахалинского террейна, в кайнозое объединяла в себе широкий возрастной спектр гранитно-метаморфических пород, слагавших зрелую континентальную кору восточной окраине Азиатского континента. Источниками двух самых многочисленных популяций цирконов с палеоцен-эоценовыми и маастрихт-альбскими датировками (48–64 и 65–106 млн лет), вероятнее всего, были гранитоиды богопольского, а также приморского и татибинского комплексов соответственно, широко распространенных в Восточно-Сихотэ-Алинском вулканическом поясе (Приморье) [8]. В качестве источников цирконов с возрастом 155–423 млн лет могут рассматриваться многочисленные раннепалеозойские-раннемезозойские гранитные массивы Ханкайского террейна Приморья, а наиболее древних (1224–2420 млн лет) – гранитно-метаморфические комплексы Сино-Корейского либо Сибирского кратонов [1], вынос материала с которого мог осуществляться Палео-Амуром.
Таким образом, данные U-Pb изотопного датирования обломочных цирконов из песчаников кайнозоя Западно-Сахалинского террейна позволяют установить главные и второстепенные источники обломочного материала, выполняющего его осадочные бассейны. Главными источниками материала при формировании кайнозойских отложений послужили вовлеченные в область денудации палеоцен-эоценовые и маастрихт-альбские гранитоиды восточной части хребта Сихотэ-Алинь. Небольшая доля зерен с раннемезозойскими, палеозойскими и докембрийскими возрастами позволяет предполагать, что гранитно-метаморфические комплексы, служившие их источниками, располагались на значительном расстоянии от бассейнов седиментации либо были уже полностью размыты и на осадконакопление влияли в значительно меньшей мере.
Следует отметить, что полученные данные о возрасте обломочных цирконов и их вероятных магматических источниках подтверждают существующее мнение о формировании кайнозойских отложений Западно-Сахалинского террейна непосредственно вдоль края Азиатского континента в бассейне, связанном с крупномасштабными сдвиговыми дислокациями по трансформным разломам [2, 6, 7], а не в преддуговом бассейне океанической островной дуги.
Заключение
С целью выяснения возраста и возможного положения источников питания, поставлявших обломочный материал в кайнозойские седиментационные бассейны Западно-Сахалинского террейна, было проведено U–Pb изотопное датирование обломочных цирконов из песчаных пород нижней и верхней частей его разреза. Исследованиями были обнаружены цирконы широкого возрастного диапазона. Большая часть из них имеет палеоцен-эоценовый и меловой возраст, что свидетельствует об их происхождении из гранитоидов богопольского, приморского и татибинского комплексов Восточно-Сихотэ-Алинского вулканического пояса. Источниками цирконов с юрскими, триасовыми, пермскими и силурийскими возрастами могут рассматриваться гранитные массивы Ханкайского террейна Приморья, а наиболее древних, докембрийских, гранитно-метаморфические комплексы Сино-Корейского либо Сибирского кратонов.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 15-05-00857-а.