Suprasubduction forearc gabbro of the Duushkunnug massif (Tuva): unusual geochemical composition and the problem of geod.pdf Одной из актуальных и дискуссионных проблем магматизма и тектоники является проблема магматизма в структурах преддуговых зон палеоострово-дужных систем. Дискуссионность этой проблемы обусловлена во многом подводным залеганием современных преддужий и, соответственно, их плохой изученностью [Stern et al., 2012]. Среди исследователей, в том числе отечественных, преобладает воззрение на преддуговые магматические образования как преимущественно аккреционные. В частности, в Алтае-Саянской области выделяют комплексы аккреционных призм, сложенных преимущественно океаническими породами [Берзин и др., 1994; Бер-зин, Кунгурцев, 1996; Preliminary... 1999]. Однако не все преддуговые магматиты являются аккреционными. В настоящей статье приведены данные в пользу автохтонной (не аккреционной) природы габбро, залегающих в преддуговой зоне тувинского сегмента V-Gi островодужной системы Алтае-Саянской складчатой области, а также осуществлена попытка обосновать их геодинамическую природу. Геологическое положение и строение Дуушкуннугский габбровый массив находится в Западной Туве, в 6 км на север от устья р. Алаш, на левом борту одноименного сухого лога. Он представляет собой протрузивное тело, локализованное в ядре антиклинальной складки, крылья которой сложены парасланцами чергакской свиты силурийского возраста. Силурийские сланцы являются составной частью осадочного чехла Хемчикско-Сыстыгхемского коллизионного прогиба, образованного в течение G2-S [Берзин, Кунгурцев, 1996]. Фундамент этого проги- © Монгуш А. А., Кужугет Р.В., 2017 DOI: 10.17223/25421379/4/6 ба слагается офиолитами (578,1 ± 5,6 млн лет) [Монгуш и др., 2011а], вулканогенно-осадочными образованиями V-G1 алдынбулакской свиты, осадочными отложениями актуругской свиты, содержащей фауну санаштыкгольского горизонта G1, а также габбро, результаты исследования которых представлены в данной статье. V-G1 образования, слагающие фундамент Хем-чикско-Сыстыгхемского прогиба, представляют собой комплексы преддуговой зоны V-G1 островной дуги Палеоазиатского океана [Берзин, Кунгурцев, 1996; Монгуш, 2016]. Среднекембрийский возраст наиболее древних отложений осадочного чехла прогиба, выделяемых в составе аласугской серии, фиксирует время начала собственно коллизионного этапа развития региона, т.е. главной фазы раннекале-донской коллизии в среднем кембрии - раннем ордовике. Вместе с тем локальные тектонические дислокации, связанные, видимо, с началом аккреции, фиксируются на границе верхневендских и нижнекембрийских островодужных осадочно-вулкано-генных толщ Таннуольской подзоны островодужной системы [Монгуш и др., 2011 б]. Хемчикско-Сыстыгхемский коллизионный прогиб возник в процессе поперечного сжатия преддуговой структуры в результате коллизии океанического поднятия (метабазальты и ортосланцы джебашской серии Западного Саяна) и тувинского сегмента V-G1 островной дуги Палеоазиатского океана [Берзин, 1987; Берзин, Кунгурцев, 1996; Государственная. 2003; Волкова и др., 2009]. В западной и центральной части прогиба в виде горст-антиклинальных структур субширотного простирания среди G2-S молассы выступают комплексы его фундамента. Дуушкуннугский массив представляет одно из тел в одном из выступов фундамента прогиба (рис. 1). Размеры Дуушкуннугского массива составляют 300 х 130 м, он ориентирован в широтном направлении вдоль оси антиклинали. О протрузивном характере габбрового массива свидетельствуют смятые в микроскладки силурийские сланцы в его экзокон-такте. Массив сложен преимущественно массивными, мезократовыми, среднезернистыми габбро. В юго-восточной части массива габбро имеют ориентированную на В-С-В расслоенность, обусловленную чередованием тонких полос мезо- и лейкокра-товых разновидностей габбро (рис. 2). Габбро преимущественно имеют пойкилитовую, пойкилоофи-товую микроструктуры - первым кристаллизовался плагиоклаз в виде удлинённых кристаллов размером 0,1-0,3 мм, они включены в более крупные (1-3 мм) зёрна клинопироксена и бурой роговой обманки. Эти особенности габбро свидетельствуют о гипабис-сальной фации глубинности их образования. При приближении к контактам текстурно-структурные особенности габбро не меняются, т.е. в массиве представлен лишь фрагмент интрузивного тела. Осевая часть антиклинальной складки пронизана согласными девонскими дайками основного и кислого состава. Одна из них, дайка риолит-порфира, общая протяженность которой составляет около 5 км, рассекает габбро Дуушкуннугского массива (рис. 1). Рис. 1. Геологическое положение и строение Дуушкуннугского габбрового массива A - Геодинамическая схема Тувы и Западного Саяна (составлена с использованием данных [Берзин, Кунгурцев, 1996; Preliminery... 1999]): 1 - KZ-наложенные отложения; 2 - D-Тувинский рифтогенный прогиб; 3 - G1-S турбидиты континентальной окраины; 4 - комплексы аккреционной призмы (джебашская серия, V-G0; 5-6 - Хемчикско-Сыстыгхемский коллизионный прогиб: 5 - выступы V2-G1 фундамента, 6 - G2-S осадочный чехол; 7 - V2-G1 островодужные комплексы; 8 - V2-G1 задуговые комплексы; 9 - комплексы Тувино-Монгольского микроконтинента (массива); 10 - границы террейнов (а), главные постаккреционные разломы и надвиги (b). H-S - Хемчикско-Сыстыгхемская преддуговая подзона, ТО - Таннуольская острово-дужная подзона. B - Геологическая карта Дуушкуннугского габбрового массива: 1 - Q отложения; 2 - S сланцы; 3-4 - D дайки: 3 - микрогаббро, 4 - риолит-порфира; 5 - €1 габбро Дуушкуннугского массива, массивные и расслоенные; 6 - геологические границы (а), разломы (b); 7 - кварцевые жилы (а), элементы залегания (b). Кружочки - места отбора образцов Fig. 1. Geological position and structure of the Duushkunnug gabbro massif A - Geodynamic scheme of Tuva and Western Sayan (compiled using data [Berzin, Kungurtsev, 1996; Preliminery... 1999]): 1 - KZ-overlap assemblages; 2 - D-rifting Tuvinian trough; 3 - €1-S turbidites continental margin; 4 - complexes of the accretionary prism (Dzhebash series, V-€^; 5-6 - Khemchik-Systyghem collisional trough: 5 - V2-€1 ledges foundation, 6 - €2-S sedimentary cover; 7 -V2-€1 island-arc complexes; 8 - V2-€1 back-arc complexes; 9 - complexes of the Tuva-Mongolian microcontinent (massif); 10 -boundaries of terranes (a), the main postaccretion faults and thrusts (b). H-S - Khemchik-Systyghem forearc subzone. TO - Tannu-Ola island arc subzone. B - Geological map of the Duushkunnug gabbro massif: 1 - Q sediment; 2 - S slate; 3-4 - D dykes: 3 - microgab-bro, 4 - rhyolite-porphyry; 5 - €1 gabbro of the Duushkunnug massif; 6 - geological boundaries (a), faults (b); 7 - quartz veins (a), the occurrence of stratification (b). Circles - place of selection of the samples Рис. 2. Расслоенные габбро Дуушкуннугского массива Fig. 2. Layered gabbro of the Duushkunnug massif Рис.3. ^Ar/^Ar спектры (возрастной и Ca/K) роговой обманки из габбро (обр. ДШ-22/2) Дуушкуннугского габбрового массива Fig. 3. 40Ar/39 Ar spectra (age and Ca/K) of hornblende from gabbro (sample DSH-22/2), Duushkunnug gabbro massif Аналитические исследования Содержания петрогенных элементов определялись рентгенофлуоресцентным методом в Институте геохимии СО РАН (г. Иркутск) и ИГЕМ РАН (г. Москва). Содержания микроэлементов определены в Лимнологическом институте СО РАН (г. Иркутск) методом ICP-MS на установке Agilent 7500c (аналитик Е.В. Смирнова). Определение изотопного состава Sm и Nd в пробе ДШ-22/2 выполнено в Байкальском ЦКП СО РАН (г. Иркутск) на приборе Finnigan Г.П. Сандомировой. Геохронологические исследования Аг-Аг методом выполнены в Аналитическом центре ИГМ СО РАН (г. Новосибирск) А.В. Трави-ным по методике, подробно описанной в [Травин и др., 2009]. Холостой опыт по 40 Аг при 1 200°С в течение 40 мин не превышал 5-10-11 г. Возраст. Для определения возраста пород Дууш- 40 А ,39 л куннугского массива Аг/ Аг методом исследовалась монофракция бурой роговой обманки из габбро, обр. ДШ-22/2. Монофракция получена путем дробления образца в железной ступке и ручного выделения зерен роговой обманки под бинокуляром. В обнажении порода, из которой отобран образец ДШ-22/2, имеет полосчатую или расслоенную текстуру (рис. 2), в шлифе - пойкилитовую микроструктуру. Содержание плагиоклаза в образце составляет около 68%, по составу он основной, в центральной части зерен замещен клиноцоизитом. Клинопироксен (10%) по периферии зерен обрастает бурой, иногда переходящей в голубовато-зеленую, роговой обманкой (7%). Акти-нолит и хлорит замещают клинопироксен и роговую обманку - их приблизительно по 5%. Акцессорные минералы (5%, по мере уменьшения их количества): титаномагнетит, эпидот, апатит, кварц. На графике ступенчатого нагрева роговой обманки наблюдается устойчивое плато с рассчитанным значением Т = 537,5 ± 4,9 млн лет (рис. 3). Учитывая, что становление массива происходило в гипа-биссальных условиях, т.е. его остывание было относительно быстрым - это является важным для интерпретации Ar/Ar данных [Травин и др., 2009], полученная датировка может быть принята близкой к возрасту кристаллизации габбро Дуушкуннугского массива. Согласно общей стратиграфической шкале она соответствует рубежу венда и кембрия (535 ± 1 млн л. по [Стратиграфический... 2006]). Вещественный состав. Массив состоит из сред-незернистого амфиболсодержащего габбро. Содержание амфибола достигает 10%, первично-магматическая роговая обманка образует каемки вокруг зерен клинопироксена. Большая часть первичных темноцветных минералов обычно замещена актинолитом и хлоритом. Плагиколаз основного состава наполовину соссюритизирован. Габбро характеризуются умеренными содержаниями (в мас. %) TiO2 - 1,2-1,7; AI2O3 - 14; Na2O - 2,4-2,7; K2O - 0,1-0,2 и P2O5 - 0,1; умеренно-фракционированным характером распределения редких элементов (Th/Yb)n = 2,5; содержанием REE на уровне 3011 хондритовых единиц; небольшим преобладанием LREE над HREE (La/Yb)n = 1,9-2,1; положительной аномалией Pb и небольшой отрицательной Nb аномалией на спайдердиаграмме (таблица, рис. 4). Результаты Sm-Nd изотопного анализа образца ДШ-22/2: 143Nd/144Nd = 0,512887; 147Sm/144Nd = = 0,182612; eNd(T) = +5,8. Обсуждение Слабовыраженная отрицательная Nb аномалия, положительная Pb аномалия, небольшое преобладание LREE над HREE (рис. 4) - все эти признаки в совокупности указывают на присутствие определенного количества субдукционного компонента в мантийном источнике габбро данного массива. Вместе с тем на дискриминационных диаграммах составы габбро попадают в поля как толеитов островных дуг, так и E-MORB, или занимают промежуточное положение между базальтами островных дуг и океанических плато, например на диаграмме Nb/Th - Zr/Nb [Condie, 2005] (рис. 5). По геохимическому составу габбро Дуушкуннуг-ского массива заметно отличаются от островодуж-ных габброидов Тувы, формировавшихся из депле-тированного мантийного источника, модифицированного надсубдукционными флюидами. Например, от габброидов Ирбитейского массива в Таннуоль-ской островодужной подзоне (рис. 1) с возрастом 539 ± 6 млн лет (eNd(T) = +7,8) [Монгуш и др., 2011б] они отличаются относительно повышенной титани-стостью, пониженной глиноземистостью, слабо выраженной Nb отрицательной аномалией, более низким значением eNd(T) = +5,8. Такие особенности состава габбро, указывающие на наличие слабовыра-женного субдукционного компонента и образование из относительно обогащенного мантийного источника, могут указывать на специфические условия формирования габбрового расплава в надсубдукци-онной обстановке. Специфический геохимический состав габбро Дуушкуннугского массива обусловливает неоднозначность геодинамической интерпретации. В наших ранних тезисах об этом массиве предполагалось, что он может представлять фрагмент плутонической части океанического лавового поднятия, ак-кретированный в преддуговую структуру, либо исходная магма габбро была выплавлена над зоной субдукции после ее заклинивания океаническим поднятием и реализации механизма «slab window» [Монгуш, Кужугет, 2012]. Химический состав габбро Дуушкуннугского массива Chemical compositions of the gabbro of the Duushkunnug massif № обр. ДШ-22/2 ДШ-74-12 SiO2 47,62 51,00 TiO2 1,24 1,66 Al2O3 13,97 13,98 Fe2O3 12,47 12,87 MnO 0,175 0,18 MgO 9,271 7,80 CaO 9,04 8,77 Na2O 2,71 2,36 K2O 0,20 0,10 P2O5 0,13 0,10 ППП 3,51 1,17 Сумма 100,4 100,00 Cs 0,52 0,38 Rb 2,94 1,20 Ba 64,5 59,3 Th 1,04 0,94 U 0,24 0,29 Nb 4,44 4,39 Ta 0,31 0,35 La 7,15 5,53 Ce 17,21 13,72 Pb 2,18 2,39 Pr 2,48 1,89 Sr 210 231 Nd 11,10 9,20 Zr 75,9 78,3 Hf 2,17 2,05 Sm 3,28 2,70 Eu 1,12 1,04 Gd 4,06 3,59 Tb 0,68 0,58 Dy 4,43 3,61 Y 24,15 21,41 Ho 0,91 0,75 Er 2,56 2,23 Tm 0,37 0,31 Yb 2,29 2,02 Lu 0,3 0,3 Примечание. Петрохимические анализы обр. ДШ-22/2 получены в ИГХ СО РАН, обр. ДШ-74-12 - в ИГЕМ РАН. Note. The rocks were analizied at Vinogradov Institute of Geochemistry SB RAS and IGEM RAS. 10 -i-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1- La Се Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 100 b 10 : 1 - ^a U Та La Pb Sr Nd Hf Eu Gd Dy Ho Tm Lu Th Nb К Се Pr P Zr Sm Ti Tb Y Er Yb Рис. 4. Нормированные к хондриту (а) и примитивной мантии (b) спектры распределения редких элементов в габбро Дуушкуннугского массива Серое поле - габброиды Ирбитейского массива Fig. 4. Chondrite-normalized (a) and PM-normalized (b) patterns for gabbro of the Duushkunnug massif Grey field - gabbroids of the Irbitey massif E-MORB а -♦-ДШ-22/2 Ч^ДШ-74-12 100 1 Рис.5. Дискриминационная диаграмма Nb/Th - Zr/Nb для габбро Дуушкуннугского массива Поля составов: VA - базальтов вулканических дуг; N-MORB - «нормальных» базальтов срединно-океанических хребтов; OPB - базальтов океанических плато; OIB - базальтов океанических островов Fig. 5. Discriminant Nb/Th - Zr/Nb diagram for gabbro of the Duushkunnug massif Compositional fields: VA - volcanic arc basalts; N-MORB - normal mid-ocean ridge basalts; OPB - ocean plateau basalts; and OIB - ocean island basalts Первое предположение основано на том, что базальты океанического поднятия и образованные по ним при субдукционном метаморфизме сланцы (ор-тосланцы джебашской серии) широко распространены в северо-западном обрамлении Хемчикско-Куртушибинского преддугового прогиба, в зоне глубоководного палеожелоба [Волкова и др., 2009; Государственная... 2003, 2008; Монгуш, 2016] (см. рис. 1). Однако, как нам теперь представляется, эту версию следует признать несостоятельной. Во-первых, некорректно игнорировать субдукционный компонент в составе габбро, хотя и слабовыражен-ный, поскольку такой компонент априори не может присутствовать в продуктах океанического внутрип-литного базитового магматизма. Во-вторых, плутоническая часть океанического поднятия, как более глубинная составляющая океанической плиты, скорее всего, будет субдуцирована в мантию. В-третьих, V-€1 комплексы в выступах фундамента Хемчикско-Сыстыгхемского прогиба, на основании геологических данных, являются автохтонными образованиями преддуговой зоны, т.е. они не относятся к аккре-тированным океаническим комплексам [Монгуш, 2016, 2017]. Более обоснованной могла бы являться версия, связанная с реализацией механизма «slab window». Однако для данного сегмента островной дуги сосуществование разнотипного магматизма - адакитового, «внут-риплитного» и островодужного, которое можно связать с обстановкой типа «slab window», - имело место позднее, во второй половине раннего кембрия (ботом-ский век) [Монгуш и др., 2011 б]. Вместе с тем в указанной статье отмечается стратиграфическое несогласие между V2 кадвойской и G1 серлигской свитами в Таннуольской островодужной подзоне и что именно с рубежа венда и кембрия могла начаться аккреция ост-роводужных, задуговых, океанических и метаморфических структурно-вещественных комплексов региона, в то время как главная фаза аккреционно-коллизионного этапа началась со G2, около 510 млн л. н. [Мон-гуш и др., 2011б]. Развитие Хемчикско-Сыстыгхемской преддуго-вой структуры в позднем венде - первой половине раннего кембрия привело к формированию V2 фун- 1-2 дамента преддужья и G1 осадочного чехла с редкими прослоями базальтов (расчленение G1 дается по [Стратиграфический. 2006]) [Монгуш, 2016; наши неопубликованные данные]. Начиная со G2 1-2 указанные G1 отложения представляют уже составную часть фундамента Хемчикско-Сыстыг-хемского коллизионного прогиба. Само наличие базальтовых прослоев в G11-2 осадочных отложениях преддугового бассейна свидетельствует о спорадическом проявлении надсубдук-ционного базальтового вулканизма в преддуговой зоне. Эти базальты косвенно могут указывать на аналогичную геодинамическую позицию габбро Ду-ушкуннугского массива, которые имеют такое же спорадическое распространение, близкий к базальтам возраст и одинаковое геологическое положение. Формирование V2 фундамента преддужья было связано с процессами заложения зоны субдукции. Фундамент преддужья развивался на базе первичной океанической коры в результате: инициального базальтового вулканизма (базальты алдынбулакской свиты, нижней подсвиты чингинской свиты), частичного замещения первичной океанической коры надсубдукционной океанической корой (супрасуб-дукционными офиолитами) [Монгуш, 2016]. Частичное замещение первичной океанической коры - эмпирически наблюдаемый факт, описанный в офи-олитах рассматриваемой преддуговой зоны (курту-шибинские офиолиты [Куренков и др., 2002]), а также в дунжугурских офиолитах Тувино-Мон-гольского микроконтинента и других объектах (см. [Кузьмичев, 2004] и ссылки в ней). Другими словами, офиолиты Куртушибинского хребта, образованные в зонах рассеянного спрединга и имеющие в своем составе субдукционный компонент [Куренков и др., 2002; Волкова и др., 2009], формировались в надсубдукционной обстановке в процессе частичного замещения первичной океанической коры. Согласно Пирсу и его соавторам, эти офиолиты соответствуют типу супрасубдукционных офиолитов [Pearceetal., 1984]. Под инициальными базальтами понимаются первые магматические образования, сформированные на стадии инициации субдукции в результате декомпрессионного плавления мантии [Reagan et al., 2010; Dilek, Furnes, 2011; Whattam, Stern, 2011]. Геохимический состав базальтов ал-дынбулакской и чингинской свит, выделяемых нами в качестве инициальных базальтов, похож на составы OIB, E-MORB и N-MORB, при этом в последнем случае отмечаются отрицательные Nb аномалии на спайдерграмме [Монгуш, 2016]. Осадочный чехол преддуговой структуры слагала существенно осадочная часть алдынбулакской и чин-1-2 гинской свит G1 возраста. Данная статья не претендует на раскрытие вопросов о мантийных источниках и геодинамической позиции габбро Дуушкуннугского массива. Судя по геохимическому составу этих габбро, геодинамические механизмы, ответственные за их образование, весьма нетипичны. Отметим лишь, что мантийный источник габбро Дуушкуннугского массива мог быть унаследован от мантийных источников инициальных базальтов так же, как могли быть унаследованы источники базальтов, образующих прослои в осадочном чехле преддужья. Выводы Полученные нами данные о геологическом положении, возрасте и, частично, геохимическом составе габбро свидетельствуют о том, что Дууш-куннугский массив по своей геодинамической позиции может представлять надсубдукционный преддуговый интрузив. Обогащенный относительно островодужных габброидов (в частности, Ир-битейского массива) химический состав габбро Дуушкуннугского массива обусловлен, вероятно, тем, что на рубеже венда и кембрия всё еще оставался активным, хотя и в эпизодическом масштабе, мантийный источник или источники инициальных базальтов. Результаты наших исследований можно рассматривать в контексте развития гипотезы об инициальной стадии субдукции, описанной в статьях [Reagan et al., 2010; Dilek, Furnes, 2011; Whattam, Stern, 2011].

Скачать электронную версию публикации