В свете новейших геодинамических построений тектоническая перестройка восточной окраины Азии в палеогеновый период происходила в обстановке скольжения (трансформного взаимодействия) Тихоокеанской и Евроазиатской литосферных плит [1–3]. На континентальной окраине Япономорского бассейна в это время в результате развития сдвигов в режиме транстенсии (сдвиг с растяжением) сформировались многочисленные зоны растяжения – рифтогенные впадины типа пулл-апарт [4], с присущими им процессами вулканизма и осадконакопления. На территории Приморья и Приамурья подобные депрессионные структуры выделены в Хасано-Амурский ареал рифтогенных впадин [1], который протягивается от Краскинской и Пойменской впадин (юго-западное Приморье) до Бухтянской и Масловской в приустьевой части Амура. Геологическое развитие впадин сопровождалось многократными синхронными процессами кайнозойского вулканизма, осадко- и угленакопления.
Наиболее масштабно палеогеновый вулканизм проявился в рифтогенных впадинах северного (Белогорская, Бухтянская, Масловская), центрального (Кедровская, Светловоднинская, Максимовская, Пейская и др.) и южного (Зеркальненская, Крестовская, Ванчинская) звеньев Восточного Сихотэ-Алиня. Согласно существующим представлениям, для начального этапа развития (эоцен-олигоцен) вышеперечисленных структур растяжения характерно проявление бимодального (базальт-риолитового) вулканизма, на смену которому в дальнейшем (позднемиоцен-плиоцен) приходит преимущественно базальтовый вулканизм [1; 3].
Несмотря на детальное геолого-петрологическое изучение эоцен-олигоценового вулканизма Восточного Сихотэ-Алиня, проведенное в 80-е годы XX века [5; 6], многие важные вопросы стратиграфии и хронологии, включая взаимоотношения между вулканогенными и вулканогенно-осадочными отложениями, заполняющими эти впадины, остаются по-прежнему актуальными из-за отсутствия по ним прецизионных геохронологических датировок. Чтобы хоть немного восполнить этот пробел, нами было выполнено геохронологическое исследование пород базальт-андезит-дацитовой (кузнецовская свита (комплекс)) и дацит-риолитовой (кедровская толща (комплекс)) серий, широко развитых в пределах двух рифтогенных впадин Восточного Сихотэ-Алиня: Кедровской и Пейской (рисунок). Цель исследования: определить более точное время формирования магматических образований кузнецовского и кедровского комплексов, встречающихся в пределах Кедровской и Пейской рифтогенных впадин, что позволит в дальнейшем уточнить пространственно-временную схему проявления кайнозойского вулканизма на территории Восточного Сихотэ-Алиня.
Краткая геологическая характеристика объектов исследования
Кедровская рифтогенная впадина географически находится в пределах восточного склона Сихотэ-Алинского хребта в приводораздельной части рек Соболевка и Кузнецова. Она приурочена к Бурматовской сдвиговой зоне северо-восточного простирания, протяженность которой достигает более чем 200 км.
В основании впадины залегают нижнемеловые осадочные отложения Кемского террейна и позднемеловые и палеоценовые магматические комплексы Восточно-Сихотэ-Алинского вулканического пояса. Выполнена впадина базальтами, андезитами кузнецовской свиты (палеоцен – раннеэоценовый) и кислыми эффузивами, главным образом риолитового состава, кедровской толщи (эоцен). На северо-западе впадина перекрыта толщей покровных базальтоидов кизинской свиты (ранний-средний миоцен).
Согласно геологическим данным, для вулканогенных образований кузнецовской свиты, выполняющей рассматриваемую впадину, присуща антидромная направленность извержений. Это хорошо проявлено в наиболее изученном типовом разрезе вулканитов свиты, расположенном в устье руч. Кедрового (правый приток р. Кузнецова). Основание разреза здесь сложено лавами андезитов, выше которых залегает пачка переслаивающихся потоков лав андезитов и базальтов. Завершает разрез покров базальтов [5]. Отметим, что возраст кузнецовской свиты в пределах Кедровской впадины определен как палеоцен – раннеэоценовый на основании прежде всего геологических данных.
В целом для структуры характерен преимущественно кислый вулканизм, который нередко носил эксплозивный характер, о чем свидетельствует широкое распространение во впадине пирокластических отложений (кедровская толща). Завершился вулканизм впадины извержением трахидацитов, которые сформировали небольшие лавовые покровы и экструзивные тела. Изотопно-геохронологические данные для пород кедровской толщи рассматриваемой впадины в настоящее время практически отсутствуют.
Пейская впадина расположена на западном побережье Татарского пролива в междуречье Светлой и Пеи. Большая часть депрессии скрыта водами Японского моря. Западный фланг депрессии ограничен Светлинской сдвиговой зоной, а её восточной границей, по-видимому, является зона Берегового разлома. В тектоническом отношении впадина представляет собой сложную кольцевую грабен-кальдеру, возникшую в зоне сопряжения S-образных присдвиговых впадин.
Геолого-структурная схема центральной части Восточного Сихотэ-Алиня по [5]. 1 – поздний миоцен, совгаванский комплекс, базальты субщелочные и щелочные; 2 – ранний-средний миоцен, кизинский комплекс, базальты, андезибазальты и андезиты; 3 – олигоцен, максимовская свита, песчаники, туфопесчаники, опоки, угли; 4 – эоцен, кедровский комплекс, липариты, липарито-дациты, туфы липаритов, опоки, туфопесчаники; 5 – палеоцен–эоцен, кузнецовский комплекс, базальты, андезиты, дациты, их туфы, туфопесчаники, туфоалевролиты; 6 – поздний мел, приморский, самаргинский вулкано-плутонические комплексы, нерасчлененные; 7–8 – ранний мел: терригенные (7) и вулканогенно-терригенные (8) отложения; 9 – главные разломы сдвиговых зон: а – установленные, б – предполагаемые; 10 – сдвиговые зоны первого порядка: 1 – Восточная, 2 – Бурматовская, второго порядка: 3 – Буреминская, 4 – Максимовская, 5 – Амгинская, 6 – Светлинская; 11 – палеогеновые сквозные зоны растяжения; 12 – неогеновые сквозные зоны растяжения; 13 – зоны растяжения длительного развития; 14 – район работ: I – Кедровская впадина, II – Пейская впадина. Буквенные обозначения впадин: Св. – Светловоднинская, Мк – Максимовская, Кд – Кедровская, Кб – Кабанья, Гр – Гранатовая, Сз – Среднезевинская, Кл – Килоуская, Кз – Кузнецовская, Пк – Пейская, Вз – Верхнезевинская, Бр – Буреминская
Фундамент впадины слагают нижнемеловые осадочные образования Кемского террейна, а также перекрывающие их позднемеловые магматические комплексы Восточно-Сихотэ-Алинского вулканического пояса. Впадина выполнена преимущественно вулканогенными образованиями и крайне незначительно осадочными отложениями. Первые из них представлены лавами базальтов и андезитов кузнецовской свиты и кислыми эффузивами (дацитами, риолитами) кедровской толщи, а также залегающими на них базальтоидами кизинской свиты, которые образуют обширные лавовые поля, перекрывающие большую часть впадины. Наряду с ними на северном и западном фланге Пейской впадины фрагментарно развиты оливиновые базальты совгаванской свиты (поздний миоцен). Что касается осадочных отложений, выполняющих впадину, то они представлены небольшими по площади выходами олигоценовых алевролитов с прослоями туфопесчаников и туфогравелитов (максимовская свита).
Особенностью развития эоценового вулканизма в пределах описываемой структуры является одновременное проявление кислого и основного вулканизма, о чем свидетельствуют геологические данные. Так, в разрезах береговых обнажений к югу от устья р. Пея наблюдается переслаивание андезитов и андезибазальтов кузнецовской свиты с лавами и туфами риолитового состава кедровской толщи. Изотопные данные по возрасту вулканогенных образований, относимых к кузнецовской свите и кедровской толще Пейской впадины, на сегодняшний день отсутствуют. Их возраст определен на основании геологических данных как палеоцен – ранний эоценовый и соответственно эоценовый.
Материалы и методы исследования
Изотопно-геохронологическое изучение эффузивных пород кузнецовской свиты и кедровской толщи было выполнено на основе имеющейся в распоряжении авторов статьи коллекции геологических образцов, собранной в результате многолетних изучений палеогенового вулканизма в рифтогенных впадинах Приморья.
Определение возрастов вулканитов проводилось с использованием метода K-Ar изотопного датирования по валовым пробам, а также мономинеральным фракциям биотита и амфибола. Минералы были получены в результате электромагнитной сепарации и последующей ручной отборки под бинокуляром. Отметим, что для датирования пород нами отбирались образцы, которые не имели явных признаков вторичных изменений.
Основной объем K-Ar датировок по «валовому» составу и мономинеральным пробам был получен в лаборатории аналитической химии ДВГИ ДВО РАН (г. Владивосток). Датирование пород проводилось с помощью нового экспрессного K/Ar метода, позволяющего датировать образцы из микронавесок [7; 8]. По этой методике весь процесс выделения, сбора, очистки и измерения аргона осуществлялся в потоке сверхчистого гелия. Для выделения аргона из образцов использовали CO2 лазер (10,6 мкм). Изотопный состав аргона измерялся на масс-спектрометре Finnigan MAT-253 (Thermo Scientific). Содержание калия в образцах определяли методом атомно-эмиссионной спектрометрии на спектрометре iCAP 7600 Duo.
Помимо этого, часть определений абсолютного возраста была выполнена K–Ar методом по «валовому» составу пород в лаборатории изотопной геохимии и геохронологии ИГЕМ РАН (г. Москва). Содержание радиогенного 40Ar в образцах определялось на масс-спектрометре МИ-1201 ИГ (СЭЛМИ, Украина) методом изотопного разбавления с моноизотопом 38Ar в качестве трассера; определение калия – методом пламенной спектрофотометрии. При расчете возраста использовались общепринятые значения констант [9]: λ = 0,581·10 – 10 год-1, λ = 4,962·10 – 10 год-1, 40К = 0,01167 (ат %).
Результаты исследований и их обсуждение
Для геохронологических исследований эффузивных образований кузнецовской свиты, распространенных в пределах Кедровской впадины, нами были взяты образцы вулканитов из типового разреза эффузивов свиты, находящегося в устье ручья Кедрового, а также образец андезитов, слагающих постройку Соболевского палеовулкана, расположенного на юго-западном фланге структуры.
Согласно полученным К-Ar изотопным данным, андезиты, залегающие в нижней части разреза, имеют изотопный возраст 53,4 ± 1,5 млн лет, а андезиты и андезибазальты, взятые выше по разрезу, – 45,1 ± 1,2 млн лет и соответственно 47 ± 2 млн лет. Возраст оливиновых базальтов, завершающих разрез лавовой толщи, составляет 42,5 ± 1,5 млн лет. Сопоставимый с ними возраст имеют андезибазальты, развитые в верховьях ручья Кедрового, – 43,3 ± 1,1 млн лет. Изотопный возраст андезитов Соболевского палеовулкана, полученный нами по «валовому» составу К-Ar методом, составляет 48,2 ± 1,5 млн лет, что в целом соответствует времени формирования вулканитов нижний части разреза кузнецовской свиты.
Исходя из вышеизложенного, а также имеющихся геологических данных, можно утверждать, что для вулканических пород кузнецовского комплекса Кедровской впадины характерна антидромная последовательность извержений. Последняя выражена в дискретной, но направленной смене снизу-вверх по разрезу умеренно-кислых лав (андезиты) на более основные разности вулканитов. В целом же полученные новые K-Ar данные указывают на несколько более молодой возраст эффузивов кузнецовской свиты – 53,4–42,5 млн лет (нижний-средний эоцен), чем ранее предполагавшийся – палеоцен-эоценовый.
Для оценки K-Ar возраста вулканитов кедровской толщи, слагающих одноименную впадину, нами была отобрана серия образцов из различных частей покрова стекловатых трахидацитов, закартированного в верховьях ручья Кедрового, и один образец из лавового потока флюидальных липаритов, расположенного на юго-западном фланге впадины.
Датирование трахидацитов было проведено с использованием монофракции биотита и основной массы, очищенной от минералов. В соответствии с полученными данными значения K-Ar возраста трахидацитов по четырем мономинеральным пробам биотита лежат в интервале 36,5–41,7 млн лет, при среднем значении 38,3 ± 0,9 млн лет. K-Ar дата, установленная по основной массе трахидацитов, равна 39,0 ± 2 млн лет. Однако в целом полученные результаты K-Ar датирования трахидацитов несколько моложе датировки, определенной ранее для этих же пород U-Pb методом по циркону – 43,2 ± 1,3 млн лет [10]. Выполненное K-Ar датирование по «валовому» составу наиболее кислых разностей кедровской толщи – флюидальных липаритов, показало, что последние имеют возраст 43,9 ± 1,3 млн лет.
Таким образом, согласно полученным K/Ar и U/Pb изотопным данным (44–43 млн лет), подтвержден эоценовый возраст магматических образований кедровской толщи, слагающих рассматриваемую впадину. Примечательно, что формирование золото-серебряного месторождения Салют, расположенного в центральной части Кедровской впадины, происходило 42,5–44,4 млн лет назад (Ar-Ar-метод по адуляру) [11], т.е. одновременно с завершением кислого вулканизма на территории этой структуры.
Следует отметить, что полученные нами возрастные характеристики пород кузнецовского и кедровского комплексов Кедровской впадины хорошо согласуются с имеющимися на сегодняшний день немногочисленными изотопными данными о времени проявления базальт-риолитового вулканизма в рифтогенных впадинах Восточного Сихотэ-Алиня. Так, для базальтов суворовской свиты, развитых в пределах Зеркальненской впадины, согласно K-Ar определениям, был установлен возраст 47,3 ± 1,2 млн лет [12] и 45,8 ± 1,1 млн лет [13]. Полученные позже для этих же базальтов две новые K-Ar датировки 45,7 ± 1,8 и 45 ± 2,0 млн лет [14] полностью согласуются с ранее опубликованными датами. Помимо этого, известно несколько изотопных датировок для кислых пород бимодального вулканизма Восточного Сихотэ-Алиня. В частности, для липаритов и трахиандезитов Ванчинской впадины, в соответствии с K-Ar датировками, установлен возраст 44,7 ± 1,0 млн лет и соответственно 43,0 ± 4,0 млн лет [10]. В целом же предполагается, что бимодальный базальт-риолитовый вулканизм на территории Восточного Сихотэ-Алиня проявился в раннем-среднем эоцене. Между тем выполненные нами исследования кайнозойских магматических образований Пейской рифтогенной впадины дают основание говорить о необходимости корректировки этого предположения.
Как отмечалось выше, изотопно-геохронологические изучения вулканитов, слагающих Пейскую впадину, до настоящего времени не проводились, и поэтому их возраст во многом остается неопределенным. В этой связи нами было выполнено K/Ar датирование образцов вулканитов, традиционно относимых к кузнецовской свите и кедровской толще.
Возраст основных пород кузнецовской свиты Пейской впадины был охарактеризован четырьмя образцами базальтоидов, отобранных из лавовых потоков, закартированных в береговых обнажениях к югу от устья р. Пея, а также из покровов базальтов и андезибазальтов, расположенных в бассейне р. Пленница. Полученные значения K-Ar возраста по валовому составу пород для проанализированных базальтов и андезибазальтов лежат в весьма узком интервале 32–35 млн лет, соответствующем верхнему эоцену – нижнему олигоцену, что указывает на более молодой возраст их формирования, чем ранее предполагалось. Следует отметить, что полученные датировки вполне соответствуют изотопному возрасту базальтов (36,1–33,6 млн лет, K-Ar метод) встречающихся в береговых обнажениях Татарского пролива на участке между бухтами Незаметная и Птичья [12].
Для оценки возраста умеренно-кислых пород рассматриваемой свиты нами был опробован поток андезитов в среднем течении р. Пленница, а также экструзивное тело аналогичного состава в бассейне ручья Бакланий. Полученные для них по валовым пробам K-Ar датировки дали значения возраста 33,1 ± 0,9 и 31 ± 2 млн лет соответственно. Примечательно, что близкими к ним по времени излияния оказались лавы андезитов и дацитов вулкана Дагды, расположенного на удалении 10 км к северо-западу от Пейской впадины. Так, по данным K-Ar датирования (по амфиболу), их возраст составляет 36,6–34,9 млн лет и соответственно 37,8–34,3 млн лет.
Для определения абсолютного возраста кислых пород, относимых к кедровской толще Пейской впадины, нами было выполнено K-Ar датирование двух даек трахириолитов, внедрение которых, согласно существующим представлениям, происходило на заключительном этапе активности кислого вулканизма структуры. Результаты исследований показали, что дайка трахириолитов, прорывающая покровы андезибазальтов кузнецовской свиты в устье р. Пея, сформировалась на границе верхнего эоцена и нижнего олигоцена. Обратим внимание, что полученные датировки для изученной дайки как «по валу», так и по монофракции биотита имеют практически идентичные значения 32,1 ± 0,8 млн лет и соответственно 33,7 ± 0,8 млн лет, что может свидетельствовать о достоверности полученного возраста. Близкий K-Ar возраст по биотиту (34,1 ± 1,2 млн лет) определен и для второй дайки трахириолитов, закартированной в среднем течении р. Пленница. Ранее кислые образования кедровской толщи, выполняющие Пейскую впадину, относили к эоцену.
Отметим, что полученные близкие K-Ar датировки для базальтоидов и риолитов Пейской впадины указывают, что извержение вулканитов основного и кислого состава здесь происходило в течение очень короткого интервала времени (~4 млн лет), т.е. почти синхронно.
Таким образом, в результате геохронологических исследований было установлено, что возраст изученных базальтов и андезитов Пейской впадины составляет 35,0–31,3 млн лет, а прорывающих их риолитов – 34,1–32,1 млн лет, что значительно моложе возраста близких им по составу вулканитов кузнецовской свиты и кедровской толщи, слагающих стратотипические разрезы в пределах Кедровской впадины.
Выводы
1. Результаты изотопного датирования показали, что базальты и андезиты Кузнецовской свиты, выполняющие Кедровскую впадину, формировались в нижнем и среднем эоцене, а не в палеоцен-эоцене, как ранее предполагалось. Возраст кислых пород кедровской толщи, согласно K-Ar и U-Pb датировкам (44–43 млн лет), здесь соответствует эоцену, что не расходится с существующими представлениями.
2. Формирование базальтов и риолитов, относимых в пределах Пейской впадины к кузнецовской свите и кедровской толще, по данным K-Ar датирования, происходило в узком временном интервале (35–32 млн лет), соответствующем верхнему эоцену – нижнему олигоцену. Ранее их возраст считался палеоцен-раннеэоценовым и соответственно эоценовым. В этой связи представляется необходимым базальты, андезиты и риолиты Пейской кальдеры выделять в качестве самостоятельного стратона.
3. Полученные на сегодняшний день новые данные по K-Ar датированию магматических комплексов, слагающих Пейскую и Кедровскую впадины, с учетом ранее опубликованных геохронологических данных по другим рифтогенным депрессиям позволяют выделить два этапа проявления базальт-риолитового вулканизма в кайнозойских рифтогенных впадинах центральной части Восточного Сихотэ-Алиня – ранне-среднеэоценовый (53–39 млн лет) и позднеэоцен-олигоценовый (35–32 млн лет).
Исследования выполнены при финансовой поддержке РФФИ, гранта мол_а №18-35-00180.