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 %).
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
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).
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
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.