Одной из фундаментальных проблем геологии является реконструкция палеотектонических, палеогеографических условий формирования осадочных бассейнов и их эволюции в геологической истории Земли. Среди различных методов восстановления геологического прошлого (метод актуализма, литологический, палеонтологический, сейсмостратиграфический и другие) важную роль играют методы на основе изучения вещественного состава терригенных осадочных пород, образованных в результате разрушения суши. На состав породы влияют разные факторы: состав пород областей сноса, климат и рельеф областей сноса, дальность переноса материала, высокий или низкий уровень моря, диагенез. Влияние многих этих составляющих обусловлено в основном тектоническим положением областей сноса и бассейнов, в которых происходит отложение сносимого материала. Следовательно, изучив вещество породы, можно восстановить тектоническую историю.
Цель работы – реконструкция тектонических обстановок формирования протерозойских осадочно-вулканогенных толщ некоторых тектонических структур юго-востока Сибирской платформы, объединенных в данной работе (согласно [1]) географическим названием Улканский район, на основе изучения валового химического состава песчаников.
Алдано-Майский осадочный бассейн в целом (Улканский район в том числе) является перспективным на выявление месторождений углеводородов, а также золота, платины, полиметаллов, урана, редких и редкоземельных элементов.
Рис. 1. I – положение района исследований. II – южный фрагмент схемы структурно-фациального районирования Алдано-Майского осадочного бассейна (АМОБ) по [1, 2]. 1–3 – границы: 1 – АМОБ, 2 – структурно-фациальных зон, 3 – локальных структур. Буквы на схеме: А – Учурская и Б – Майская зоны Алдано-Майской плиты, Д1 – Кыллахская южная зона Юдомо-Майского авлакогена. В составе зон: Амуликанский грабен (1), Учурская впадина (2), Улканский прогиб (2а), Верхнеугаянский грабен (3), Маймаканская впадина (4), Верхнебатомгский грабен (5); мульды: Большемаркюэльская (6), Маломаркюэльская (7), Аимская (8); Билякчанский прогиб (9). 4, 5 – архейские кристаллические образования фундамента АМОБ: 4 – Алдано-Станового щита Сибирской платформы, 5 – Охотского массива, 6 – меловые вулкано-плутонические комплексы
Материалы и методы исследования
Реконструкции проводились с использованием диаграмм, разработанных для разделения активных и пассивных континентальных окраин (АКО и ПКО), островных дуг (океанических ООД и континентальных КОД) и диаграмм для распознавания коллизионных, рифтовых и островодужных тектонических обстановок. Отечественные и зарубежные исследователи чаще всего применяют диаграммы Дж. Мейнарда с соавторами (1982 г.), М.Р. Бхатиа (1983 г.), Б. Розера и Р. Корша (1986 г.) и новые диаграммы С. Верма и Дж. Армстронга-Алтрина (2013 г.) [3–6 и др.]. Фактический материал представлен сведениями о валовом химическом составе песчаников из докембрийских осадочно-вулканогенных толщ Улканского района (юго-восток Сибирской платформы, Алдано-Становой щит) из опубликованных [1] и фондовых источников. На диаграммы нанесены в качестве эталонных фигуративные точки средних составов палеозойских песчаников Восточной Австралии, Американской платформы и алевропесчаников Русской платформы.
Геологический очерк
В районе распространены разновозрастные метаморфические, интрузивные, вулканические и осадочные породы [1]. В Улканском прогибе в основании разреза нижнепротерозойской улканской серии на архейскую кору выветривания с размывом налегает песчаниковая топориканская свита, которую наращивают терригенно-вулканогенная улкачанская и преимущественно вулканогенная, элгэтэйская свиты (рис. 1, II). В Учурской впадине на корах выветривания и вулканитах элгэтэйской свиты несогласно залегают терригенновулканогенная бириндинская и песчаниковая конкулинская свиты нижнерифейской уянской серии. В Билякчанском прогибе Кыллахской южной структурно-фациальной зоны [2] обнажается нижнепротерозойская нельбачанская свита, которую сопоставляют с улканской серией. Песчаники топориканской свиты по петрографическому составу полевошпат-кварцевые и кварцевые (по валовому химическому составу они – субаркозы), что указывает на их зрелость и накопление в тектонически спокойных условиях (ПКО). В улкачанское время произошло трещинное излияние трахибазальтов, что позволило В.А. Гурьянову сделать заключение о рифтовом режиме. Затем был сформирован доэлгэтэйский фундамент воздыманием более поздних интрузий (коллизия). И в конце раннего протерозоя вновь следует трещинообразование, излияние базальт-трахириолитовых лав, отложение терригенных пород элгэтэйской свиты (вновь рифтовый режим). Геохимические параметры магматических пород свидетельствуют о внутриплитных рифтогенных геодинамических обстановках Улканского и Билякчанского прогибов. Внедрение гранитоидов завершило закрытие рифтогенной структуры [1]. После перерыва, в раннем рифее, в постколлизионной спокойной обстановке происходило отложение бириндинской свиты на корах выветривания более древних пород.
Вещественный состав пород (петрография и литохимия)
Петрографическое изучение показало, что породы являются кварцевыми, полевошпатово-кварцевыми песчаниками, реже кварцевыми аркозами [1]. Оксиды содержатся в количестве (здесь и далее в мас. %): SiO2 – 74,2–96,2, TiO2 – 0,04–0,95, Al2O3 – 1,3–11,8, Fe2O3 – 0,46–4,74, MgO – 0,1–5,32, CaO – 0,01–3,6, Na2O – 0,08–5,78, K2O – 0,52–7,4, P2O5–0,01–0,78 ([1] и фондовые материалы). По химической классификации М.М. Хиррона большинство песчаников – это аркозы и субаркозы (рис. 2).
Рис. 2. Положение составов песчаников на классификационной диаграмме по М.М. Хиррону (Herron, 1988). Фигуративные точки составов песчаников свит: 1, 2 – топориканской: 1 – полевошпат-кварцевый, 2 – кварцевый; 3 – улкачанской: полевошпат-кварцевый; 4–6 – элгэтэйской: 4 – полевошпат-кварцевый, 5 – кварцевый, 6 – вулканомиктовый; 7, 8 – бириндинской: 7 – аркозовый, 8 – полевошпат-кварцевый; 9, 10 – конкулинской: 9 – аркозовый, 10 – полевошпат-кварцевый; 11, 12 – нельбачанской: 11 – полевошпаткварцевый, 12 – кварцевый. 1 – 6 – поля песчаников свит: 1 – топориканской, 2 – улкачанской, 3 – элгэтэйской, 4 – бириндинской, 5 – конкулинской, 6 – нельбачанской
Результаты исследования и их обсуждение
На диаграммах М.Р. Бхатиа фигуративные точки палеозойских песчаников Восточной Австралии расположились в предназначенных для них полях соответственно (рис. 3).
Точка среднего песчаника Американской платформы тяготеет к полю ПКО, а точка алевропесчаника Русской платформы – либо к полю АКО, либо к полю КОД. Причина заключается в том, что алевропесчаники (и алевроглинистые породы) содержат больше Fe2O3 и MgO по сравнению с песчаниками. Большинство фигуративных точек улканских песчаников тяготеет к полю бассейнов, связанных с ПКО. На диаграммах, основанных на содержаниях K2O и Na2O, значительное число точек песчаников бириндинской, и особенно конкулинской, свит находится намного выше поля ПКО (рис. 3). К полю АКО наиболее тяготеют фигуративные точки песчаников нельбачанской свиты и часть точек улкачанской свиты. В полях ООД точек докембрийских песчаников нет. По этим диаграммам можно заключить, что наиболее спокойные обстановки были в раннем рифее.
Рис. 3. Фигуративные точки составов песчаников на диаграммах по М.Р. Бхатиа (Bhatia, 1983). Бассейны, связанные с тектоническими обстановками: A – ООД (oceanic island arc OIA), B – КОД (continental island arc CIA), C – АКО (active continental margin ACM), D – ПКО (passive margin PM). I – VI – точки составов средних песчаников: I – OIA, II – CIA, III – ACM, IV – PM по (Bhatia, 1983), V – Американской платформы по (Bhatia, 1983 со ссылкой на Ронов, Мигдисов, 1971), VI – Русской платформы по [7]. Остальные условные обозначения на рис. 2
На диаграммах K2O/Na2O – SiO2/Al2O3 Дж. Мейнарда с соавторами и SiO2 – K2O/Na2O Б. Розера и Р. Корша фигуративные точки палеозойских песчаников Восточной Австралии также находятся в предназначенных для них полях, Американской и Русской платформ – в поле ПКО (рис. 4, а). За исключением единственной точки, все фигуративные точки докембрийских песчаников находятся в поле ПКО, образуя локальные, хотя и с некоторым перекрытием, поля свит. Но заметно, что поле 2 (точки улкачанской свиты) и поле 6 (точки нельбачанской свиты) расположены ближе других к полю АКО (рис. 4, а). По приведенным параметрам возможно дать общую тектоническую характеристику как спокойную с тенденцией активизации в улкачанское время.
Изученные песчаники содержат более 63 % SiO2 (кислые), и поэтому была выбрана диаграмма DF1-DF2 для высококремнистых пород по [8]. На диаграмме DF1-DF2 С. Верма и Дж. Армстронга-Алтрина фигуративные точки средних песчаников Восточной Австралии (I, II, III), характеризующие активные тектонические обстановки, находятся в секторе дуг (рис. 4, б). «Неактивные» точки пассивной окраины Восточной Австралии (IV) и алевропесчаника Русской платформы (VI) расположены в коллизионном секторе. На данной диаграмме DF1-DF2 нет поля ПКО (аналога поля платформ), поэтому фигуративные точки составов пассивных песчаников вынуждены расположиться в полях либо рифта, либо коллизии. Вероятно, на диаграммах DF1 – DF2 (2013 г.) поле коллизионной обстановки отвечает полю ПКО (и платформы) на ранних диаграммах конца ХХ века. В секторе дуг точек описываемых песчаников нет. В секторе коллизионной обстановки локализовалось большинство точек песчаников нижнепротерозойских нельбачанской и топориканскй свит, а также точки нижнерифейской (верхнепротерозойской) конкулинской свиты. Точки песчаников нижнепротерозойских улкачанской и элгэтэйской свит и нижнерифейской бириндинской свиты расположились в секторе рифтовой обстановки, причем «улкачанские» точки находятся ближе «элгэтэйских» и «бириндинских» к сектору дуг. По положению полей свит возможна следующая интерпретация тектонических обстановок в разные временные периоды. Топориканская свита формировалась в постколлизионной спокойной обстановке. Нахождение точек улкачанских песчаников в рифтовом секторе диаграммы DF1 – DF2 и их близость к сектору дуг может маркировать начало рифтогенеза, а «элгэтэйские» точки также в рифтовом секторе – его продолжение. Разброс точек песчаников бириндинской свиты предположительно связан с началом коллизии, а компактное поле точек песчаников конкулинской свиты в коллизионном секторе – с периодом тектонической стабилизации. Реконструкция на основе химического состава песчаников не противоречит реконструкции, проведенной на основе структурно-вещественного состава магматических пород вулкано-плутонических комплексов, и описанной в разделе «Геологический очерк» со ссылкой на [1]. Однако вопросы остаются и касаются в большей степени интерпретации коллизионных обстановок. Пока нет диаграмм, удовлетворяющих желанию надежно распознавать тектонические обстановки, хотя исследования по их созданию проводятся [3, 6 и др.].
Рис. 4. Положение фигуративных точек составов песчаников: а – на диаграмме SiO2 – K2O/Na2O по (Roser, Korsch, 1986), б – на мультидиаграмме DF1 (Arc-Rift-Col) m1 – DF2 (Arc-Rift-Col) m1 по [8]. Условные обозначения на рис. 2, 3
Заключение
Реконструированы тектонические обстановки пассивной континентальной окраины с периодами активизации в раннем протерозое, пассивной континентальной окраины – в позднем протерозое (раннем рифее). Локализация полей песчаников разных свит на новой диаграмме DF1-DF2 позволяет предполагать смену рифтовых и коллизионных обстановок как в раннем, так и в позднем протерозое. Следует продолжить тестирование новых мультидиаграмм, применять их для выделения континентальных рифтов. Желательно соблюдать ограничения методов (в частности, сомнительно на диаграммы М.Р. Бхатиа помещать фигуративные точки алевроглинистых пород).
Библиографическая ссылка
Медведева С.А. ЭВОЛЮЦИЯ ТЕКТОНИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ФОРМИРОВАНИЯ ПРОТЕРОЗОЙСКИХ ОСАДОЧНЫХ ТОЛЩ НА ЮГО-ВОСТОКЕ СИБИРСКОЙ ПЛАТФОРМЫ (УЛКАНСКИЙ РАЙОН) ПО ЛИТОХИМИЧЕСКИМ ДАННЫМ // Успехи современного естествознания. – 2017. – № 12. – С. 195-200;URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=36628 (дата обращения: 16.08.2024).