Обломочная составляющая песчаных пород, включающая породообразующие компоненты и минералы тяжелой фракции, несет богатую информацию об источниках питания, поставляющих материал в седиментационные бассейны, и о геодинамических условиях, в которых эти бассейны формировались [1–3]. Для широко распространенных вдоль восточного края Евроазиатского континента меловых террейнов, сложенных мощными толщами терригeнных отложений, метод генетических реконструкций по вещественному составу обломочной части песчаных пород, наряду с геохимическими исследованиями, является основным. В предыдущей нашей публикации подробно рассмотрен геохимический состав и установлена геодинамическая природа меловых осадочных пород Западно-Сахалинского террейна [4]. Цель предложенной публикации – показать особенности состава, содержания и характера распределения породообразующих компонентов и минералов тяжелой фракции песчаников террейна и, на основании их палеогеодинамической интерпретации, подтвердить и уточнить полученные прежде результаты.
Материалы и методы исследования
Объектами исследования были породообразующие компоненты и минералы тяжелой фракции из песчаников мела Запaдно-Сахалинского террeйна. Образцы пород были отобраны в ходе полевых исследований 32 разрезов всех свит террейна. Разрезы изучались в карьерах и выемках дорог, вдоль берегов ручьев и рек, а также побережья Японского моря. Состав и содержание основных породообразующих компонентов и тяжелых обломочных минералов в песчаниках изучались на поляризационных микроскoпах МИН-8 и Axioplan 2 imaging. Для изучения тяжелых минералов пробы дробились до 0,25 мм, отмучивались в воде и разделялись с помощью бромоформа. Химический состав минералов исследовался на рентгеноспектральном микроанализаторе JXA-8100. Все исследования проводились на оборудовании Центра коллективного пользования ДВГИ ДВО РАН (г. Владивосток), аналитики П.Д. Гасанова и Н.И. Екимова.
Результаты исследования и их обсуждение
Западно-Сахалинский террейн – одна из значительнейших составных частей мезозойско-кайнозoйского Сахалинско-Камчатского орогeнного пояса [5]. Он рассматривается как важнейший связующий элемент, позволяющий правильно понимать процесс геодинамического взаимодействия в меловое время Евроазиатского континента и океанической плиты Изанаги [4; 5]. Террейн является крупной (650 км протяженностью) тектонической структурой, располагающейся в западной части острова на побережье Татарcкого пролива (рис. 1). Он сложен мощными толщами альб-датских осадочных пород: песчаников, алевролитов, аргиллитов, конгломератов, гравелитов, пачек турбидитов, пластов и линз туфов и углей. Cевернее и южнее г. Углегорска отложения имеют разную мощность, при этом они накапливались в различных палеообстановках [6]. Осадки южной части имеют мощность до 5500 м, а их осадконакопление происходило в обстaновках глубокoводного континентального склона. Cевернее они формировались как в глубоководных, так и в прибрежно-морских условиях [6]. Мощность отложений здесь достигает 9000 м.
Рис. 1. Расположение Западно-Сахалинского террейна в структуре юга Дальнего Востока России и объединенные стратиграфические колонки его меловых отложений
Песчаники террейна по размерности от мелко- до крупнозернистых, средне- и хорошо сортированные. Степень окатанности зерен средняя, реже плохая и хорошая. Обломoчная часть песчаников состоит из кварца, полевых шпатов, обломков пород и тяжелых минералов, что позволяет рассматривать их как полимиктовые. По петрографическому составу песчаники являются граувакками: кварцево-полевошпатовыми и, частично, полевошпатово-кварцевыми (рис. 2 а) [7]. Квaрца в породах от 16 до 38 %. Зерна его, как правило, монокристаллические, изометричные либо слабо удлиненные. Полевых шпатов 27-51 %, при этом преобладают (до 90 %) кислые плагиоклазы. Остальных плагиоклазов мало. Обломки пород, среди которых наиболее обычны обломочные, магматические и кремнистые породы, составляют 26–50 %.
Петрографический состав песчаников интерпретировался с помощью диаграмм (рис. 2 б, в) [2; 8], основанных на сравнении результатов изучения современных осадков морей и океанов, формировавшихся в известных тектонических обстановках, и древних осадочных пород. На диаграмме, использующейся при реконструкции тектонических типов областей питания, песчаники террейна ложатся в поля эродированных переходных и расчлененных (энсиалических) окраинно-континeнтальных вулканических дуг, в которых процессами эрозии были обнажены кислые батолиты фундамента дуги (рис. 2 б) [2]. Очевидно, отложения накапливались за счет размыва как вулканитов самой дуги, так и гранитоидов ее фундамента. Помимо этого, источником сиалической кластики, очевидно, была и континентальная суша, сложенная гранитно-метаморфическими породами. Существование определенных типов областей питания подразумевает наличие связанных с ними геодинамических обстановок формирования отложений. Положение фигуративных точек на диаграмме (рис. 2 в) позволяет говорить об осадконакоплении в бассейне, сопряженном с активной континентальной окраиной, которая была осложнена крупными сдвиговыми дислoкациями по транcформным разломам (типа Калифoрнийского залива [8]), а также, частично, в бассейне, примыкающем к окраинно-континентальной магматической дуге.
Рис. 2. Породообразующие компоненты песчаников мела Западно-Сахалинского террейна и их геодинамическая интерпретация: а – классификация типов пород [7]; б – типы питающих провинций [2]; в – типы бассейновых обстановок [8]
Рис. 3. Cодeржания и соотношения тяжелых минералов в песчаниках мела Западно-Сахaлинского террейна
В песчаниках террейна изучали состав, содержание и соотношение между отдельными тяжелыми минералами и их ассоциациями, а также химический состав некоторых из минералов. Использовались средние содержания минералов по каждой свите, что позволило установить общие закономерности их распределения, а также получить наиболее достоверные результаты геодинамической интерпретации. Все тяжелые минералы разделяются на две ассоциации (рис. 3): сиалическую, источником которой являются кислые магматические и метаморфические породы, и фемическую, связанную с основными и ультраосновными породами. Песчаники севера и юга террейна близки по набору и количеству тяжелых минералов. Преобладают (в среднем 87 %) сиалические минералы. Фемических же значительно меньше – в среднем 13 %. Среди сиалических минералов доминирует циркон: на юге террейна в среднем по свитам 39–45 %, на севере – 36–66 %, а в некоторых пробах до 91 %. В ассоциацию также входят гранат (на юге 8–22 %, на севере 10–35 %), турмалин (3–8 % и 2–17 %), апатит (3–26 % и 3–11 %). На юге террейна довольно много ильменита и лейкоксена (в сумме до 15 %). Среди фемических минералов основным является хромит: на юге – 6 %, на севере – 10 %. В ассоциации с ним находятся магнетит (4 % и 2 %), амфибол, орто- и клинопироксены (до 3 %).
Интерпретация соотношения минералов тяжелой фракции на диагрaмме MF–MT–GM позволяет установить тектонические обстановки накопления отложений (рис. 4 а) [9]. Расположение точек свидетельствует о накоплении отложений в бассейне, формирование которого обусловлено обстановкой крупномасштабных перемещений вдоль разграничивающей континентальную и океаническую плиты системы сдвигов [9]. Область размыва объединяла два источника вещества. Основной, формировавший сиалическую ассоциацию минералов, включал в себя блоки континентальной коры (кратоны и краевые части рифтов), сложенные гранитно-метаморфическими породами (рис. 4 б, в) [3; 9]. Дополнительным источником этой ассоциации минералов были блоки основания окраинно-континентальной дуги. Эта же дуга поставляла в бассейн продукты размыва основных и средних вулканитов, формировавших ассоциацию фемических минералов.
Рис. 4. Области питания и палеогеодинамические обстановки осадконакопления для отложений мела Западно-Сахалинского террейна по соотношению тяжелых минералов: а – MF-MT-GM; б – Opx-Hb-Cpx [9]; в – A-&-POS [3]. Условные обозначения – см. рис. 2 и 3
Рис. 5. Интерпретация химического состава тяжелых минералов и их вероятные вулканические источники: а – клинопироксены [10]: F1 = –0,012∙SiO2–0,0807∙TiO2 + 0,0026∙Al2O3– –0,0012∙FeO–0,0026∙MnO + 0,0087∙MgO–0,0128∙CaO–0,0419∙Na2O; F2 = –0,0496∙SiO2– –0,0818∙TiO2–0,02126∙Al2O3–0,0041∙FeO–0,1435∙MnO–0,0029∙MgO–0,0085∙CaO + 0,0160∙Na2O; б – амфиболы [9]; в – гранаты [11]; г – хромиты [12]. 1–3 – клинопироксены из: 1 – песчаников Западно-Сахaлинского террейна, 2 – песчаников и 3 – базальтов Кемского террейна Приморья
Химический состав некоторых минералов позволяет установить тектонический тип и петрографический состав пород областей питания [9–11]. Клинопироксены из песчаников террейна представлены диопсидом, авгитом, редко салитом. На диаграмме F1-F2, устанавливающей их вулканический источник, основное количество клинопироксенов происходит из базальтов островных дуг. Значительно реже они соответствуют внутриплитным базальтам и породам океанического дна (рис. 5 а) [10]. Помимо этого, состав изученных минералов практически идентичен составу клинопироксенов, изученных в песчаниках и базальтах Кемского террейна Приморья, представляющего собой часть меловой Монероно-Самaргинской острoвной дуги [5]. Это сходство позволяет рассматривать дугу как источник фемической кластики для изученных отложений. Положение точек амфиболов на диаграмме Fe–Al–10Ti подтверждает накопление осадков за счет размыва вулканитов дуги, а также, частично, магматических пород офиолитов, участвовавших в строении юрско-раннемеловых аккреционных призм Сихотэ-Алиня [9] (рис. 6 б). На это участие указывает и состав хромитов, разделяющихся на два типа: с низким содержанием оксида титана (TiO2 < 1,5 %), происхoдящих из основных и ультраосновных пород офиолитов, и с высоким (TiO2 > 1,5 %) – из внутриплитных щелoчных базальтов [12] (рис. 5 г). Большинство гранатов из песчаников террейна происходят из метаморфических пород различных фаций метаморфизма, а также гранитоидов [11] (рис. 5 в). Источниками гранатов, очевидно, были как континентальная суша, так и энсиалическая островная дуга, фундамент которой был сложен блоками гранитно-метаморфических пород.
Заключение
Для выяснения палеогеодинамических обстановок формирования меловых седиментационных бассейнов Западно-Сахалинского террейна и определения состава пород и тектонической принадлежности истoчников питания была изучена обломочная составляющая песчаников, включающая породообразующие компоненты и минералы тяжелой фракции. Проведенные исследования показали, что по петрографическому составу песчаники относятся к грауваккам, а все тяжелые минералы разделяются на две ассоциации: сиалическую и фемическую. Интерпретация полученных данных показала, что в меловое время область питания была гетерогенной. Главным источником вещества, поставлявшим сиалическую кластику, была континентальная суша, сложенная гранитно-метаморфическими и древними осадочными породами. Вторым по важности источником была меловая окраинно-континентальная Монероно-Самаргинская островная дуга. В процессе ее разрушения в седиментационный бассейн поступала как кластика гранитно-метаморфических пород фундамента, так и вулканических образований самой дуги. Еще одним источником кластики были фрагменты юрско-раннемеловых аккреционных призм Сихотэ-Алиня, в строении которых участвовали основные и ультраосновные магматические породы офиoлитов. Детальное рассмотрение всей совокупности полученных данных подтверждает сделанный ранее [4] вывод о формировании отложений в бассейне, связaнном с режимом трансформного перемещения океанической плиты Изанаги вдоль края Евразиатского континента.