Палеозойские и раннемезозойские терригенные отложения юго-западного Приморья: вещественный состав и происхождение
А.И. Малиновский
Аннотация
палеогеодинамический отложение палеозойский
Рассматриваются результаты изучения вещественного состава палеозойских-раннемезозойских терригенных отложений Лаоелин-Гродековского террейна (юго-западное Приморье). Цель исследования - палеогеодинамическая реконструкция обстановок формирования отложений изученных свит, а также определение типов и породных составов их источников питания. Установлено, что отложения свит существенно различаются по вещественному составу, следовательно, они формировались в различных палеогеодинамических обстановках. Отложения кордонкинской свиты накапливались в бассейне, связанном с океанической островной дугой, при этом областью их питания была сама дуга, сложенная основными и средними вулканитами, а также магматическими и осадочными образованиями, входившими в состав ее фундамента. Накопление решетниковской свиты происходило в бассейнах, расположенных на пассивной континентальной окраине. Источниками вещества служили участвовавшие в строении этой окраины кратоны и краевые части рифтов, сложенные гранитоидами, метаморфическими и осадочными породами. Тальминская свита формировалась на активной континентальной окраине в бассейнах рифтогенного происхождения. Источниками кластического материала были краевые части этих рифтов, сложенные кислыми и средними изверженными, а также метаморфическими породами. Полученные результаты позволяют рассматривать Лаоелин-Гродековский террейн как аккреционную призму, сложенную силурийскими, пермскими и триасовыми образованиями, сформировавшимися в различных палеогеодинамических обстановках.
Ключевые слова: юго-западное Приморье, Лаоелин-Гродековский террейн, терригенные породы, вещественный состав, обстановки формирования
Abstract
Paleozoic and Early Mesozoic terrigenous deposits of the South-West Primorye: material composition and origin. A.I. Malinovsky (Far East Geological Institute, FEB RAS, Vladivostok).
Results of material composition study of Paleozoic-Early Mesozoic terrigenous deposits of Laoeling-Grodekovo terrane (South-West Primorye) are collected. The purpose of the study was to reconstruct paleogeodynamic setting of deposits of studied formations, as well as to determine the types and rock compositions of their power sources. It was established that the deposits differ significantly in their material composition and, accordingly, were formed in different paleogeodynamic settings. Deposits of the Kordonka formation accumulated in the basin associated with the oceanic island arc, while the source area was the arc itself, composed of basic and intermediate volcanic rocks, as well as igneous and sedimentary formations that were part of its foundation. The accumulation of the Reshetnikovka formation took place in basin located on the passive continental margin. The sources of the matter were the cratons and marginal parts of rifts participating in the structure of this margin, composed of granitoids, metamorphic, and sedimentary rocks. The accumulation of the Tal'mi formation took place on the active continental margin in the basins of riftogenic origin. The sources of the clastic material were the marginal parts of these rifts, composed of acidic and intermediate igneous Laoeling-Grodekovo terrane as an accreationary prism formed by Silurian, Permian and Triassic deposits, which were formed in various paleogeodynamic settings.
Key words: South-West Primorye, Laoeling-Grodekovo terrane, terrigenous rocks, material composition, formation settings.
Введение
Выяснение палеогеографических и палеогеодинамических обстановок формирования осадочных бассейнов, фрагменты которых устанавливаются в террейнах древних орогенных поясов, расположенных на восточной окраине Азиатского континента, является одной из важнейших задач современной геологии. Решение этой проблемы невозможно без детального изучения вещественного состава терригенных пород и его достоверной генетической интерпретации, построенной на современных методиках. Проведенными в последние десятилетия исследованиями древних терригенных пород и современных морских осадков была установлена тесная связь между их вещественным составом и геодинамическими обстановками формирования бассейнов осадконакопления, а также типом и составом материнских пород областей питания [5-7, 14, 15, 17-19, 21, 25, 26 и др.].
В основу данного исследования положен оригинальный материал, полученный в результате изучения вещественного состава терригенных пород из раннесилурийских, ранне-среднепермских и позднетриасовых отложений, развитых в юго-западной части Приморья и входящих в состав палеозойско-раннемезозойского Лаоелин-Гродековского террейна. Следует отметить, что рассматриваемые отложения в этой части Приморья обнажаются лишь фрагментарно, а их литологическая изученность, несмотря на более чем вековую историю исследований, из-за плохой обнаженности и сложного строения толщ, остается крайне слабой. Проводились лишь отдельные литолого-фациальные исследования, в результате которых делались довольно общие палеогеографические реконструкции [1, 3, 4]. Вещественный же состав терригенных пород практически не изучен. В настоящее время не существует каких-либо устоявшихся представлений о геодинамической природе и источниках питания отложений террейна [2, 3, 10]. Имеющиеся построения основаны на серии предположений, носят общий характер и требуют фактических обоснований.
Цель исследования - изучение особенностей вещественного состава терригенных пород террейна и на основании его интерпретации восстановление геодинамической природы бассейнов седиментации, а также определение основных источников питания.
Основные черты геологического строения
Лаоелин-Гродековский террейн является одной из главнейших тектонических структур на восточной окраине Евразийского континента. Совместно с раннепалеозойскими террейнами Бурея-Ханкайского орогенного пояса он составляет западное обрамление позднемезозойского Сихотэ-Алинь-Северо-Сахалинского орогенного пояса [2]. Террейн находится в юго-западной части Приморского края и образует узкий (шириной до 80 км) блок, вытянутый на 300 км вдоль границы с Китаем и частично располагающийся на его территории (рис. 1). Террейн образован мозаикой разновозрастных блоков, сложенных нижнесилурийскими, пермскими и триасовыми терригенными и вулканогенными образованиями, общая мощность которых достигает 5000 м. Породы сложно дислоцированы, разбиты многочисленными разрывными нарушениями и прорваны гранитоидами позднепермского и раннемезозойского возраста.
Рис. 1. Схема расположения Лаоелин-Гродековского террейна в геологических структурах юго-западного Приморья, а также литолого-стратиграфические колонки отложений изученных свит
Для схемы: 1 - Лаоелин-Гродековский террейн; 2 - террейны раннепалеозойского Бурея-Ханкайского ороген - ного пояса; 3 - террейны раннепалеозойской активной окраины; 4 - террейны мезозойского Сихотэ-Алинского орогенного пояса. Для колонок: 5 - конгломераты и гравелиты; 6 - песчаники; 7 - алевролиты и аргиллиты; 8 - кремнисто-глинистые породы; 9 - базальты; 10 - туфы основного состава; 11 - андезиты; 12 - туфы среднего состава; 13 - дациты и риолиты; 14 - туфы кислого состава
Изученные нами отложения северной части террейна имеют следующее строение. Раннесилурийская кордонкинская свита обнажается в виде линзовидного тектонического блока, вытянутого в меридиональном направлении на 35 км при ширине до 6 км. Нижняя часть свиты (рис. 1) сложена базальтами, андезитами, туфами и туффитами основного состава, редко встречаются алевролиты, аргиллиты, кремнисто-глинистые породы. В верхней части преобладают песчаники, алевролиты, аргиллиты, сланцы, иногда присутствуют линзовидные прослои гравелитов и конгломератов, а также горизонты кремнисто-глинистых пород, базальтов, андезитов и их туфов. Общая мощность отложений свиты составляет 2000 м. Ранне-среднепермская решетниковская свита наиболее широко развита в северной части террейна. В нижней части она сложена песчаниками с прослоями и линзами алевролитов, аргиллитов, конгломератов и гравелитов. В верхней части преобладают глинисто-алевритовые породы. Мощность свиты до 2100 м. Позднетриасовая тальминская свита состоит в основном из вулканических пород: дацитов, риолитов, андезитов, их кластолав и туфов. Терригенные отложения устанавливаются лишь в основании свиты, где наблюдаются пачки и линзы песчаников, конгломератов и гравелитов. Мощность свиты невыдержанная и колеблется от 500 до 800 м.
Объекты и методы исследований
Исследовались нижнесилурийские, пермские и триасовые терригенные отложения северной части Лаоелин-Гродековского террейна. Каменный материал отбирался из естественных обнажений, расположенных в бортах рек Кордонка, Байкал, Золотая, Ко - миссаровка, Решетинка, Молоканка, а также в придорожных выемках и карьерах у сел Софье-Алексеевское, Байкал, Рубиновка. Для детального изучения вещественного состава были выбраны песчаники, поскольку они несут наиболее богатую и достоверную информацию о типе и породном составе питающих провинций, а также геодинамических обстановках формирования бассейнов седиментации.
Минерально-петрографический состав пород исследовался с помощью поляризационного микроскопа МИН-8 и универсального микроскопа Axioplan 2 imaging. Тяжелые минералы песчаников извлекались и определялись общепринятыми многократно апробированными методами [6, 20 и др.]. Анализ химического состава тяжелых минералов выполнен на рентгеноспектральном микроанализаторе JXA-8100. Содержания петрогенных элементов определялись методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на спектрометре iCAP 6500 Duo. Концентрации редких и редкоземельных элементов устанавливались методом плазменной спектрометрии (ICP-MS) на квадрупольном масс-спектрометре Agilent 7500 с. Все исследования выполнены в лабораториях аналитической химии и рентгеновских методов Центра коллективного пользования Дальневосточного геологического института ДВО РАН (г. Владивосток).
Результаты исследований
Для выяснения происхождения разновозрастных отложений Лаоелин-Гродековского террейна, реконструкции палеогеодинамических обстановок их формирования, а также определения состава материнских пород источников питания в песчаниках были изучены состав породообразующих компонентов, содержания и соотношения тяжелых обломочных минералов, микрохимический состав некоторых из них, а также геохимические особенности пород.
По петрографическому составу песчаники раннесилурийской кордонкинской свиты от мелко - до крупнозернистых, иногда неравномерно-зернистые. Сортировка материала слабая либо средняя. Зерна угловатые, угловато-окатанные, редко окатанные. Содержание кварца в песчаниках колеблется от 13 до 22%. Кварц в основном монокристаллический, остроугольный, изометричный либо слабоудлиненный, часто с волнистым погасанием, что характерно для кварца из эффузивных пород. Полевых шпатов от 32 до 46%. Преобладают кислые плагиоклазы, составляющие от 55 до 85% всех полевых шпатов. Основных и средних плагиоклазов от 10 до 30%. Калиевые полевые шпаты редки. Обломки пород в сумме составляют от 34 до 49%, среди них преобладают основные и средние эффузивы (40-64% общего количества обломков), меньше терригенных (17-35%) и кремнистых (8-21%) пород, а обломки кварцитов и сланцев редки. Таким образом, по породообразующим компонентам кордонкинские песчаники являются преимущественно вулканомиктовыми, а на классификационной диаграмме В.Д. Шутова [11] попадают в поле кварцевополевошпатовых граувакк (рис. 2).
Песчаники ранне-среднепермской решетниковской свиты обычно от средне - до крупнозернистых, значительно реже мелкозернистые. Породы обладают слабой либо средней степенью сортированности и окатанности обломочного материала, при этом с увеличением зернистости окатанность ухудшается. В обломочной части преобладает кварц, его общее содержание колеблется от 40 до 48%. Обычно это монокристаллические разности с волнистым погасанием, происходящие из кислых эффузивов, либо поликристаллические с изрезанными лапчатыми контурами, характерные для гранитоидов. Полевых шпатов в песчаниках 25-40%. Преобладают кислые плагиоклазы (67-82% всех полевых шпатов). Калиевые полевые шпаты (15-27%) представлены ортоклазом и реже микроклином. Основные и средние плагиоклазы крайне редки. Среди обломков пород, в сумме составляющих от 15 до 45%, присутствуют в основном кислые эффузивные и интрузивные, а также метаморфические породы, содержание каждой из групп в отдельных пробах достигает 45%. По В.Д. Шутову [11], песчаники относятся к полевошпатовым аркозам и частично полевошпатово-кварцевым грауваккам (рис. 2).
Рис. 2. Состав породообразующих компонентов в песчаных породах изученных свит Лаоелин-Гродековского террейна [11]. Свиты: 1 - кордонкинская, 2 - решетниковская, 3 - тальминская
Песчаники позднетриасовой тальминской свиты средне- и крупнозернистые, редко мелкозернистые со средней либо слабой степенью сортированности и окатанности обломочного материала. Содержание кварца в них колеблется от 22 до 27%. Встречаются как монокристаллические остроугольные зерна эффузивного кварца, так и поликристал - лические, характерные для гранитоидов. Полевых шпатов в песчаниках 24-35%. Это преимущественно кислые плагиоклазы - альбит и олигоклаз (60-80%). Калиевых полевых шпатов (ортоклаз и микроклин) до 20%. Основные и средние плагиоклазы редки. Обломки пород, составляющие 41-54% объема песчаников, представлены осадочными породами (31-45%), средними и кислыми эффузивами и гранитоидами (34-58%). Обломки кремней и метаморфитов редки (до 16%). По В.Д. Шутову [11], песчаники являются кварцево-полевошпатовыми граувакками (рис. 2).
Многочисленными исследованиями [5, 6, 19, 20, 22 и др.] установлено, что различным тектоническим обстановкам седиментации свойственны определенные ассоциации тяжелых минералов. На рис. 3 показаны средние содержания и распределение тяжелых обломочных минералов в песчаниках изученных свит. В отложениях кордонкинской свиты наиболее распространена ассоциация тяжелых минералов, связанных с разрушением основных и ультраосновных магматических пород: хромит, магнетит, пироксен, роговая обманка, эпидот, а также ильменит и лейкоксен, которые могут встречаться и в гранитои - дах. В среднем суммарное содержание этой ассоциации составляет 92% всех минералов, а в отдельных пробах - 100%. Основной минерал ассоциации - хромит, среднее содержание которого 55%, а в некоторых пробах 88%. В меньших количествах встречаются амфибол (до 50%), пироксены (до 30%), магнетит (до 9%), эпидот (до 21%), ильменит и лейкоксен (в сумме до 45%). Вторую ассоциацию тяжелых минералов образуют циркон, гранат, турмалин и апатит - минералы, связанные с разрушением кислых изверженных и метаморфических пород. Суммарное содержание этих минералов крайне невелико: в среднем не превышает 8% и лишь циркон в отдельных пробах составляет 10-18%.
В песчаниках решетниковской свиты резко преобладает (в среднем 75%, а в отдельных пробах до 90%) ассоциация минералов, связанных с кислыми изверженными и метаморфическими породами: циркон - основной минерал ассоциации (в отдельных пробах до 97% всех минералов), турмалин (до 7%), гранат (до 3%), сфен (до 3%), а также апатит, рутил и анатаз, содержащиеся в значительно меньших количествах. Кроме того, часто присутствуют ильменит и лейкоксен (в отдельных пробах в сумме до 35%), происходящие, вероятно, из раннепалеозойских ильменитовых гранитоидов Ханкайского массива Южного Приморья. Вместе с тем в тяжелой фракции обычно содержится небольшое количество хромита (в среднем 9%), указывающего на участие в строении источников сноса пород и основного, и ультраосновного состава.