Проведенные в последние десятилетия рядом российских и зарубежных авторов исследования древних терригенных пород и современных осадков позволили установить существование тесной связи между их геохимическим составом и геодинамическими обстановками бассейнов седиментации, а также типом и породным составом областей питания, поставлявших обломочный материал в эти бассейны [2–5, 8–14]. Целью проведенных исследования являлось изучение геохимического состава терригенных пород мела Западно-Сахалинского террейна и его палеогеодинамической интерпретации.
В основу исследований положен обширный оригинальный материал, полученный в результате изучения содержания и характера распределения петрогенных и редких элементов в песчаных и глинисто-алевритовых породах мела Западно-Сахалинского террейна. Каменный материал был собран из естественных обнажений, располагающихся в береговых обнажениях рек, на побережье Татарского пролива, а также вдоль автомобильных дорог. Содержания петрогенных элементов определены с использованием атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на спектрометре iCAP 6500 Duo. Концентрации редких и редкоземельных элементов (РЗЭ) определены методом плазменной спектрометрии (ICP-MS) на квадрупольном масс-спектрометре Agilent 7500с. Все анализы выполнены в лабораториях Аналитического центра (ЦКП) ДВГИ ДВО РАН.
Региональная геологическая позиция
Западно-Сахалинский террейн входит в состав мезозойско-кайнозойского Сахалинско-Камчатского орогенного пояса и является одной из главнейших тектонических структур зоны перехода от Тихого океана к Азиатскому континенту [1]. Террейн располагается на территории Западно-Сахалинских гор, протягиваясь полосой вдоль побережья Татарского пролива на 650 км (рис. 1). Границами его являются Западно-Сахалинская и Тымь-Поронайская системы разломов. Южным его продолжением является пояс Сорачи-Йезо на о. Хоккайдо [1]. В строении террейна принимают участие в различной степени дислоцированные и хорошо датированные берриас-датские отложения, с размывом, но без углового несогласия перекрывающиеся кайнозойскими образованиями [4]. Следует отметить, что отложения, расположенные к северу и югу от широты г. Углегорска, отличаются между собой как по мощностям, так и по фациальным обстановкам осадконакопления. Отложения южной части террейна имеют мощность до 5500 м и представлены преимущественно морскими глубоководными терригенными образованиями. Отложения северной части характеризуются почти двукратным увеличением мощности отложений (до 9000 м), а также накоплением осадков как в мелководно-морских, так и в глубоководных обстановках подводного континентального склона, его подножья и прилегающих участков бассейновой равнины. Следует отметить минимальное влияние на процессы осадконакопления синхронного андезито-базальтового вулканизма.
Рис. 1. Схематическая геологическая карта Западно-Сахалинского террейна и литолого-стратиграфические колонки его южной и северной частей. Для карты: 1 – меловые терригенные образования; 2 – палеоцен-плиоценовые терригенные и вулканогенные образования; 3 – террейны и перекрывающие комплексы Восточного Сахалина; 4 – разломы. Для колонок: 5 – конгломераты и гравелиты; 6 – песчаники; 7 – алевролиты и аргиллиты; 8 – ритмичное переслаивание песчаников и алевролитов; 9 – базальты; 10 – туфы и туффиты; 11 – кремнистые и кремнисто-глинистые породы: 12 – угли
Геохимический состав терригенных пород
Для геохимической характеристики пород используются средние содержания породообразующих оксидов, редких и редкоземельных элементов (РЗЭ), сгруппированные по существующим стратиграфическим подразделениям.
По химическому составу песчаники мела Западно-Сахалинского террейна довольно однородны. Отмечаются лишь несколько более высокие содержания кремнекислоты в породах его северной части, которые варьируют от 65,54 % до 75,70 %. В породах южной части содержания SiO2 ниже и изменяются от 64,74 % до 70,24 %. Вместе с тем в породах северной части террейна ниже содержания TiO2 (0,43–0,64 % и 0,49–0,71 % соответственно), Al2O3 (11,67–14,81 % и 13,99–15,40 %), FeO + Fe2O3 (1,33–5,30 % и 3,50–5,91 %), MgO (0,69–1,88 % и 1,01–1,11 %), CaO (1,12–1,74 % и 1,19–2,87 %), Na2O (2,18–3,62 % и 3,02–3,98 %) и K2O (1,43–2,99 % и 2,28–2,71 %). Кроме того, все песчаники характеризуются свойственным для граувакк преобладанием Na2O над K2O. По своим геохимическим параметрам песчаники относятся к типичным грауваккам и лишь незначительная их часть характеризуется как лититовые арениты (рис. 2) [6]. Глинисто-алевритовые породы по химическому составу близки к песчаникам, отличаясь от них меньшими содержаниями SiO2 (62,84–66,94 % в северной части и 63,56–64,92 % – в южной), CaO (0,28–1,92 % и 0,95–2,38 %) и Na2O (1,57–2,55 % и 2,13–3,42 %), но большими – TiO2 (0,63–0,76 % и 0,59–0,66), Al2O3 (15,32–16,92 %), FeO + Fe2O3 (3,01–5,66 % и 4,85–5,88 %), MgO (0,88–2,44 % и 1,72–2,15 %) и K2O (2,75–3,70 % и 2,20–2,91 %). Кроме того, в них K2O, как правило, преобладает над Na2O.
Для получения объективных выводов об интенсивности и направленности процессов выветривания материнских пород в областях сноса, петрогенной или литогенной природе осадков, а также корректных палеореконструкций условий и обстановок осадконакопления, использован ряд петрохимических модулей [8]. По этим показателям терригенные породы террейна близки друг другу и характеризуются:
1) невысокими значениями гидролизатного модуля (ГМ = (Al2O3 + TiO2 + Fe2O3 + + FeO + MnO)/SiO2, в среднем по свитам 0,18–0,31), свидетельствующими об их образовании за счет механического разрушения материнских пород при подчиненной роли химического выветривания;
Рис. 2. Классификационная диаграмма состава песчаных пород Западно-Сахалинского террейна (частные значения) [6]. 1–11 – свиты: 1–4 – южная часть террейна: 1 – айская, 2 – найбинская, 3 – быковская, 4 – красноярковская; 5–11 – северная часть террейна: 5 – рождественская толща, 6 – побединская, 7 – тымовская, 8 – верблюжегорская, 9 – арковская, 10 – джонкьерская, 11 – красноярковская
2) уровнем фемичности (ФМ = (Fe2O3 + FeO + MnO + MgO)/SiO2, в среднем 0,06–0,13), соответствующем граувакками,
3) невысокой титанистостью (ТМ = = TiO2/Al2O3, в среднем 0,034–0,046), но повышенной нормативной щелочностью (НКМ = (Na2O + K2O)/Al2O3, в среднем 0,34–0,45), что связано, с одной стороны, с присутствием в породах островодужной вулканокластики низкотитанистых (но высокоглиноземистых) серий, а с другой – обломков кислых изверженных пород.
Изучение содержания и характера распределения редких и редкоземельных элементов (РЗЭ) в терригенных породах также крайне важно, поскольку они несут достаточно объективную информацию о составе областей питания и геодинамических обстановках формирования бассейнов седиментации. Суммарные содержания РЗЭ в западно-сахалинских песчаниках относительно невелики (в среднем по свитам от 82 г/т до 139 г/т). Спектры их распределения характеризуются умеренной степенью фракционирования с невысоким отношением легких лантаноидов к тяжелым (LaN/YbN = 5,79–12,15), а также отчетливо выраженной отрицательной европиевой аномалией (Eu/Eu* = 0,68–0,84) (рис. 3, а). По сравнению с постархейским австралийским средним глинистым сланцем (PAAS) [7], все песчаники незначительно обеднены как легкими, так и тяжелыми элементами (в 1,1–2,8 раза). В глинисто-алевритовых породах суммарный уровень концентрации РЗЭ несколько выше и находится в пределах 104–164 г/т, общий же характер распределения в целом аналогичен таковому в песчаниках (LaN/YbN = 6,17–11,19, Eu/Eu* = 0,59–0,84) (рис. 3, б). По сравнению с PAAS содержания большинства РЗЭ ниже (до 1,9 раза), и лишь в некоторых свитах Sm, Eu, Gd, Er, Tm и Yb находятся в равных либо незначительно превышающих концентрациях.
Геодинамическая интерпретация полученных результатов
Реконструкция палеогеодинамических обстановок формирования отложений Западно-Сахалинского террейна осуществлена при помощи серии диаграмм, в основу которых положен ряд индикаторных оксидов, редких и редкоземельных элементов, а также их соотношений, отражающих минеральный состав пород питающих провинций и геохимическое поведение ряда элементов в воде [9, 10, 13, 14]. На рис. 4, а–в приведены дискриминационные диаграммы, применяющиеся для разделения песчаных пород из бассейнов различных геодинамических обстановок по химическому составу [9, 13, 14]. На этих диаграммах точки песчаники террейна попадают либо приближаются к полям бассейнов, сопряженных с островными дугами, развитыми на зрелой континентальной коре (например, Японские острова), а также к полям бассейнов активных континентальных окраин андийского типа, включающих в себя в том числе и окраины, осложненные сдвиговыми дислокациями по трансформным разломам. Палеогеодинамическая интерпретация химического состава глинисто-алевритовых пород не противоречит выводам, полученным при интерпретации состава песчаников (рис. 4, б, г) [13, 14].
Рис. 3. Распределение РЗЭ, нормированных по хондриту, в песчаных (а) и глинисто-алевритовых (б) породах Западно-Сахалинского террейна и сопоставление их с PAAS [7]
Рис. 4. Палеогеодинамическая интерпретация геохимического состава песчаных и глинисто-алевритовых пород Западно-Сахалинского террейна (средние значения): а, д, е – типы бассейнов, сопряженных: А – с океаническими, В – с континентальными островными дугами, С – с активными, D – с пассивными континентальными окраинами [9, 10]; б, в, г – типы бассейновых обстановок (в – для песчаных, г – для глинисто-алевритовых пород, б – для обоих типов пород) [13, 14]. Для в и г – пересекающиеся линии – стандартные отклонения от среднего состава пород из бассейнов: пассивных континентальных окраин (ТЕ); активных континентальных окраин, осложненных сдвиговыми дислокациями по трансформным разломам (SS); сопряженных с окраинно-континентальными магматическими дугами (CA); с океаническими вулканическими дугами (FA – преддуговые и BA – задуговые бассейны). Условные обозначения см. рис. 2. Черные значки – песчаные, белые – глинисто-алевритовые породы
Рис. 5. Типы источников обломочного вещества для терригенных пород Западно-Сахалинского террейна [11, 12]. Условные обозначения см. рис. 2 и 4
Анализ положения фигуративных точек состава редких и редкоземельных элементов на диаграммах М. Бхатиа и A. Крука [10], также предназначенных для реконструкции палеогеодинамических обстановок бассейнов седиментации, подтверждает результаты полученные по петрогенным элементам: фигуративные точки терригенных пород террейна группируются в полях бассейнов как активных континентальных окраин, в том числе сопряженных со сдвиговыми дислокациями по трансформным разломам, так и бассейнов, связанных с окраинно-континентальными магматическими дугами (рис. 4, д, е).
Поскольку уровни концентраций и распределение редких и РЗЭ в терригенных породах контролируются составом источников питания, их генетическая интерпретация с использованием ряда индикаторных элементов и их соотношений позволяет получить достаточно достоверную информацию о составе материнских пород питающих провинций. Относительно невысокие концентрации в породах террейна РЗЭ, при незначительной их обогащенности легкими элементами по сравнению с тяжелыми, а также умеренно выраженная отрицательная Eu аномалия указывают на формировании отложений как за счет размывавшихся гранитно-метаморфических пород, так и основных вулканитов. Положение точек пород на диаграммах, предназначенных для реконструкции состава питающих провинций (рис. 5) [11, 12], свидетельствует, что область питания включала в себя как гранитно-метаморфические породы древней сиалической суши, так и расчлененную глубоко эродированную энсиалическую дугу, в которых эрозия вскрыла батолиты гранитоидов, подстилавших вулканиты. Отложения формировались за счет разрушения собственно вулканических образований дуги и гранитно-метаморфических пород ее фундамента.
Заключение
Изучение геохимического состава терригенных пород мела Западно-Сахалинского террейна свидетельствует, что по своим параметрам породы соответствуют грауваккам и являются петрогенными. Они характеризуются невысокой зрелостью обломочного материала, содержащего как фрагменты вулканических пород, так и сиалическую кластику. Геодинамическая интерпретация полученных данных свидетельствует, что седиментация, вероятно, происходила в бассейне активной континентальной окраины андийского типа, осложненной сдвиговыми дислокациями по трансформным разломам. Область питания, поставлявшая обломочный материал в этот бассейн, объединяла сиалическую сушу, сложенную гранитно-метаморфическими породами, и зрелую расчлененную энсиалическую дугу, в которой эрозия вскрыла гранитоидные батолиты, подстилавшие вулканиты. В целом полученные результаты хорошо коррелируются с результатами, полученными при изучении кайнозойских песчаников террейна [4].
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 15-05-00857-а и проекта ДВО РАН № 15-I-2-001 о.
Библиографическая ссылка
Малиновский А.И. ПАЛЕОГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ ОБСТАНОВКИ ФОРМИРОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ ЗАПАДНО-САХАЛИНСКОГО ТЕРРЕЙНА ПО ГЕОХИМИЧЕСКИМ ДАННЫМ // Успехи современного естествознания. – 2017. – № 6. – С. 83-89;URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=36504 (дата обращения: 19.04.2024).