Статья: Палеозойские и раннемезозойские терригенные отложения юго-западного Приморья: вещественный состав и происхождение

В песчаниках тальминской свиты также преобладает ассоциация тяжелых минералов, связанных с кислыми интрузивными и метаморфическими породами (в среднем 86%, в некоторых пробах даже до 98%). Но, в отличие от решетниковской свиты, ведущая роль в них принадлежит гранату (в среднем 64%, а в отдельных пробах до 86%), а вот циркона значительно меньше (до 25%). Остальные минералы этой ассоциации (турмалин, апатит, рутил, сфен) составляют первые проценты либо находятся в знаковых количествах. Ильменит (до 10%), вероятно, происходит из тех же ильменитовых гранитоидов Ханкайского массива. Источником же гранатов, обильно встречающихся в песчаниках, возможно, были известные в изученном районе выходы позднепермских-раннетриасовых метаморфических пород [10].

Данные по химическому составу песчаных пород рассматриваемых свит террейна приведены в таблице. По содержанию основных породообразующих оксидов песчаники кордонкинской свиты очень однородны: содержание SiO₂ в них варьирует от 54,50 до 57,75% и лишь в двух пробах оно превышает 60%. Породам свойственны высокие содержания суммарного железа FeO + Fe₂O₃ (6,63-9,26%), MgO (2,36-7,83%), TiO₂ (0,61-1,19%) и Al₂O₃ (12,22-16,65%). Песчаники характеризуются типичным для граувакк преобладанием Na₂O над K₂O (2,56-4,29% и 0,86-2,13% соответственно).

На классификационной диаграмме Ф.Дж. Петтиджона с соавторами [8] точки составов песчаников свиты компактно группируются в поле граувакк (рис. 4).

Рис. 4. Классификация песчаных пород по химическому составу [8]. Усл. обозначения см. на рис. 2

Песчаные породы решетниковской свиты по химическому составу резко отличаются от пород кордонкинской свиты. Прежде всего это выражается в значительно более высоком содержании SiO₂ (75,22-86,55%). Вместе с тем в них значительно ниже содержания TiO₂ (0,15-0,68%), Al₂O₃ (6,71-13,72%), FeO + Fe₂O₃ (0,29-2,60%), MgO (0,04-0,43%) и CaO (0,06-0,53%). Кроме того, этим песчаникам свойственно типичное для аркозов преобладание K₂O над Na₂O (1,88-4,06 и 0,96-1,85% соответственно). На классификационной диаграмме [8] точки составов песчаников попадают в основном в поле аркозов и лишь частично - в поля лититовых аренитов и субаркозов (рис. 4).

Содержание петрогенных (масс.%), редких и редкоземельных элементов (г/т) в песчаных породах Лаоелин-Гродековского террейна

Примечание. n - количество анализов. В числителе - минимальное и максимальное значения, в знаменателе - среднее

Песчаники тальминской свиты по химическому составу занимают промежуточное положение между породами кордонкинской и решетниковской свит. Содержание всех оксидов в них изменяется незначительно: SiO₂ от 66,90 до 71,66%, TiO₂ от 0,42 до 0,92%, Al₂O₃ от 13,84 до 15,02%, FeO + Fe₂O₃ от 2,68 до 4,67%, MgO от 0,73 до 1,26% и CaO от 0,64 до 1,29%. Содержания Na₂O и K₂O близки (1,89-3,20 и 1,81-3,22% соответственно), хотя в среднем отношение K₂O/Na₂O < 1, что позволяет рассматривать тальминские песчаники как граувакки. Это подтверждается и их положением на классификационной диаграмме [8] (рис. 4).

Черты сходства и различий химического состава изученных песчаников хорошо выявляются при рассмотрении ряда литохимических модулей [13] (см. таблицу). По величине гидролизатного модуля ГМ = (Al₂O₃ + TiO₂ + Fe₂O₃ + FeO + MnO)/SiO₂, используемого для количественной оценки степени химического выветривания пород, т.е. их «зрелости», породы изученных свит существенно различаются.

Песчаники кордонкинской свиты характеризуются высокими значениями этого модуля (0,35-0,47), что свидетельствует о низком уровне их зрелости и образовании преимущественно за счет физического разрушения материнских пород областей сноса при подчиненной роли химического выветривания. На невысокую степень выветривания исходных пород также указывают и характерные для слабовыветрелых пород значения индекса химического изменения CIA = [Al₂O₃/(Al₂O₃ + СаО + Na₂O)] ^х 100 [23], колеблющиеся в песчаниках от 44 до 55.

В породах решетниковской свиты значения ГМ составляют 0,10-0,21, а CIA 61-69, что свидетельствует о значительно большей степени их зрелости и, соответственно, более высокой роли химического выветривания материнских пород областей сноса.

Тальминские песчаники характеризуются относительно невысоким уровнем зрелости и преобладанием процессов физического выветривания в областях сноса (ГМ = 0,25-0,30, CIA = 60-65).

Величина фемического модуля ФМ = (Fe₂O₃ + FeO + MnO + MgO)/SiO₂ используется для разделения граувакк и аркозов. По этому показателю песчаные породы кордонкинской свиты относятся к типичным грауваккам (ФМ = 0,15-0,30). В свою очередь породы решетниковской свиты, обладая низким показателем фемичности (ФМ = 0,01-0,04), соответствуют аркозам, а тальминской свиты занимают промежуточное положение между граувакками и аркозами (ФМ = 0,05-0,08).

Наблюдаемые в кордонкинских песчаниках повышенные значения титанового модуля ТМ = TiO₂/Al₂O₃ (0,041-0,074), но пониженные значения модуля нормативной щелочности НКМ = (Na₂O + K₂O)/Al₂O₃ (0,28-0,41) связаны со значительной примесью в породах основной вулканокластики, а также с высокой литодинамической сортировкой обломочного материала, приводящей к увеличению в них содержания титановых минералов, что хорошо видно при рассмотрении состава тяжелой фракции. Породы решетниковской свиты обладают повышенными значениями НКМ (0,36-0,62). Это объясняется широким развитием в них слюд и полевых шпатов, в том числе калиевых. В то же время для этой свиты характерны низкие значения ТМ (0,019-0,040), что связано с преобладанием среди пород источников питания гранитоидов, отличающихся низкими значениями ТМ. Тальминские песчаники обладают невысокой нормативной щелочностью (НКМ = 0,29-0,39), но повышенной титанистостью (ТМ = 0,040-0,061), что, вероятно, связано с присутствием обломков высокотитанистых, но низкоглиноземистых вулканитов.

Суммарные содержания редкоземельных элементов (РЗЭ) в песчаниках кордонкинской свиты относительно невелики и варьируют от 55 до 183 г./т. Спектры распределения РЗЭ, нормализованные к составу хондрита [16] (рис. 5), во всех изученных пробах в целом однотипны и характеризуются нормальными трендами распределения с умеренной степенью фракционирования и невысоким отношением легких лантаноидов к тяжелым (La_N/Yb_N = 3,58-8,97), а также отсутствием либо слабо выраженной отрицательной европиевой аномалией (Eu/Eu* = 0,71-1,14). По сравнению с постархейским средним глинистым сланцем (PAAS), принятым за средний состав верхней континентальной коры [27], породы незначительно (от 1,1 до 2,1 раза) обеднены большинством элементов, и лишь иногда некоторые из них (Eu, Gd, Tb, Dy) находятся в равных либо несколько более высоких концентрациях. В песчаных породах решетниковской свиты суммарное содержание РЗЭ несколько выше (97-179 г./т). Для них также характерны умеренно фракционированные спектры распределения РЗЭ (рис. 5), но с несколько более высокими отношениями La_N/Yb_N (4,81-11,29), а также достаточно хорошо выраженной отрицательной европиевой аномалией (Eu/Eu* от 0,48 до 0,79). По сравнению с PAAS породы обеднены всеми элементами (до 2,4 раза) и лишь в отдельных пробах Sm, Eu и Gd находятся в близких либо незначительно более высоких концентрациях. Песчаникам тальминской свиты свойственны относительно невысокие суммарные концентрации РЗЭ (97-148 г./т), нормальные спектры их распределения с невысокими отношениями La_N/Yb_N (6,05-8,10) и выраженной отрицательной европиевой аномалией (Eu/Eu* = 0,55-0,69) (рис. 5).

Рис. 5. Спектры распределения РЗЭ, нормированных к хондриту [16], в песчаных породах изученных свит и сопоставление их с PAAS [24]

Сравнение с PAAS показывает небольшую обедненность (до 2,4 раза) пород практически всеми элементами.

Интерпретация результатов исследования

Палеогеодинамическая интерпретация полученных минералого-геохимических данных осуществлена при помощи серии широко известных дискриминантных диаграмм, построенных на основании сравнения результатов изучения древних терригенных пород и современных осадков, формирование которых происходило в известных тектонических обстановках [17-19, 21, 25, 26 и др.].

На диаграмме В. Диккинсона и К. Сучека [18] (рис. 6, а), предназначенной для выявления тектонических типов источников питания по составу породообразующих компонентов песчаников, видно, что отложения раннесилурийской кордонкинской свиты формировались за счет размыва переходной, частично эродированной островной дуги, в которой главным источником вещества были основные и средние вулканиты, бронирующие ее фундамент. В целом аналогичные результаты получены при анализе ассоциаций тяжелых минералов из кордонкинских песчаников на диаграмме Э. Гарзанти и С. Андо [19] (рис. 6, б). Точки их составов попадают в поля питающих провинций островных дуг, главным образом неэродированных и частично переходных слабоэродированных. Интерпретация химического состава песчаных пород, приведенная на диаграмме Б. Роузера и Р. Корша [26] (рис. 6, в), свидетельствует о том, что в области сноса доминировали основные и средние вулканические породы, но присутствовали и обогащенные кварцем осадочные образования. Относительно невысокие суммарные концентрации РЗЭ в породах кор - донкинской свиты, невысокие величины отношения легких элементов к тяжелым, а также отсутствие либо слабое проявление отрицательной Eu-аномалии позволяют говорить об их формировании за счет размывавшихся основных и средних вулканитов, что подтверждается расположением их фигуративных точек на диаграмме La/Sc-Th/Co [17] (рис. 6, г).

Рис. 6. Возможные источники питания для терригенных пород изученных свит. а - по породообразующим компонентам [18]. Типы областей питания: I - устойчивые кратоны и поднятые блоки основания, II - ремобилизованные орогены, III - магматические дуги (IIIa - расчлененные, глубокоэродированные, IIIb - переходные, IIIc - нерасчлененные, слабоэродированные), IV - смешанные источники питания; б - по тяжелым обломочным минералам [19]. A - амфиболы; B - клинопироксены, 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 [26]: F1 = 30,638 х TiO2/Al2O₃-12,541 х Fe2O₃*/Al2O₃ + 7,329 х MgO/ A^O₃ + 12,031 х Na2O/Al2O₃ + 35,402 х K2O/AI2O3-6382; F2 = 56,5 х ^/A^-IO^ х Fe2O₃*/Al2O₃ + 30,875 х MgO/Al2O₃-5,404 х N2O/AI2O3 + 11,112 х ^0^03-3,89; г - La/Sc-Th/Co [17]. Усл. обозначения см. на рис. 2.

Дополнительную информацию о типе вулканического источника питания можно получить, изучая микрохимический состав некоторых тяжелых обломочных минералов: клинопироксена, роговой обманки, хромита и граната. Клинопироксены из песчаников кордонкинской свиты по составу соответствуют диопсиду и авгиту, а их происхождение устанавливается на диаграмме, позволяющей различать пироксены из базальтов различных геодинамических обстановок [24] (рис. 7, а). На этой диаграмме большинство из них соответствуют клинопироксенам базальтов островных дуг и частично базальтов океанического дна, которые, вероятно, входили в состав основания островной дуги. Положение точек состава обломочных амфиболов из кордонкинских песчаников на диаграмме Fe-Al-10Ti [22] (рис. 7, б) также свидетельствует о том, что их источником были вулканические породы островных (вероятно, энсиматических) дуг, а также метаморфические и интрузивные породы их основания. Присутствие хромитов в тяжелой фракции песчаников обычно указывает на участие в составе области питания ультраосновных и основных интрузивных и вулканических пород. Изученные хромиты по химическому составу очень однородны. Их особенностью является отсутствие либо крайне низкие (менее 1,5%) содержания TiO₂. На диаграмме Al₂O₃-Cr₂O₃-10TiO₂ [12] (рис. 7, в) они соответствуют хромитам из магматических офиолитов, входивших, вероятно, в состав основания дуги.

Рис. 7. Микрохимический состав тяжелых обломочных минералов из песчаников изученных свит и их возможные вулканические источники. а - для клинопироксенов [24]: = -0,012 х SiЬ2-0,0807 х ТІО2 + 0,0026 х X АІ2О₃-0,0012 х FeO - 0,0026 х MnO + 0,0087 х MgO - 0,0128 х CaO - 0,0419 х Na2O; F2 = -0,0496 х SiO2-0,0818 х х TiO2-0,02126 х Al2O₃-0,0041 х FeO - 0,1435 х MnO - 0,0029 х MgO - 0,0085 х CaO + 0,0160 х Na2O; б - для амфиболов [22]; в-для хромитов [12]; г - для гранатов [9]. Усл. обозначения см. на рис. 2

Реконструируя типы и состав пород источников питания на основании изучения вещественного состава терригенных пород, мы подразумеваем и определенные геодинамические обстановки формирования связанных с ними седиментационных бассейнов. Реконструкция этих обстановок осуществлена при помощи дискриминантных диаграмм, приведенных на рис. 8. Формирование отложений кордонкинский свиты, судя по положению точек состава породообразующих компонентов песчаников на диаграмме Дж. Мейнарда и его соавторов [21] (рис. 8, а), происходило в обстановках, соответствующих как бассейнам, связанным с окраинно-континентальными магматическими дугами, так и задуговым бассейнам океанических островных дуг. На диаграммах М. Бхатия и А. Крука [14, 15], используемых для разделения по геохимическому составу отложений из бассейнов различных тектонических обстановок, кордонкинские песчаники попадают либо приближаются к полям осадочных бассейнов, сопряженных с океаническими островными дугами, примером которых является современная Идзу-Бонинская дуга (рис. 8, в-д). На диаграмме Дж. Мейнарда и соавторов [21] (рис. 8, б) точки песчаников также попадают в поля бассейнов океанических островных дуг, тяготея при этом к обстановкам преддуговых бассейнов. Также однозначно обстановки океанических дуг устанавливаются и на диаграмме Б. Роузера и Р. Корша [25] (рис 8, е).