Geochemistry of sedimentary rocks of Chemal formation (Gorny Altai): a contribution to the problem of the nature of Midd.pdf Введение В позднедокембрийской - раннепалеозойской геологической истории Алтае-Саянской складчатой области и Западной Монголии выделяются две дискретные эпохи тектогенеза: ранне- и позднекаледонская [Берзин и др., 1996; Добрецов, 2011; Крук и др., 2010]. Для первой эпохи (венд - ранний кембрий) было типично наличие океанических пространств с многочисленными внутриокеаническими поднятиями, систем островных дуг с бимодальным вулканизмом, пред-, меж- и задуговых бассейнов. Вторая эпоха (поздний кембрий - ранний ордовик) характеризовалась аккрецией островных дуг и внутриокеанических поднятий к окраине Сибирского континента, масштабным орогенезом, формированием метаморфических комплексов HT/LP типа, интенсивным базитовым и гранитоидным магматизмом [Владимиров и др., 2001; Руднев и др., 2004; Волкова, Скляров, 2007; Добрецов, Буслов, 2007]. Наименее изученным остается отрезок геологической истории, разделяющий эти две эпохи, соответствующий среднему кембрию. К этому моменту вулканическая активность в венд-раннекембрийских островодужных системах полностью прекратилась (за исключением Салаирской дуги). В западной части ЦАСП осадконакопление было угнетено, а магматическая активность представлена преимущественно ассоциациями повышенной щелочности [Шокальский и др., 2000; Врублевский и др., 2004]. В то же время на западной периферии (Горный Алтай, Западная Монголия) на этом рубеже формировались специфические вулканические и интрузивные ассоциации, природа которых до настоящего времени остается предметом постоянных дискуссий. В Горном Алтае среднекембрийские вулканоген-но-осадочные образования распространены в северной части Бийско-Катунского блока, где они выделены в усть-семинскую свиту [Винкман, 1958]. Геологическая позиция и вещественный состав вулканических пород детально охарактеризованы в ряде публикаций [Белоусов и др., 1969; Гибшер и др., 1997; Государственная... 2004; Зыбин, 2006; Сафонова и др., 2011]. До настоящего времени остались неясными ни точные временные рамки этого этапа, ни обстановка проявления магматической активности. © Крук Н.Н., Изох А.Э., Куйбида М.Л., Крук Е.А., 2017 DOI: 10.17223/25421379/2/5 Объектом нашего исследования стали осадочные породы Бийско-Катунского блока, сформированные на рубеже раннего и среднего кембрия (улус-чергинская или чемальская свита). Петрографические, геохимические и изотопные данные, полученные по этим породам, позволили уточнить время магматических событий, оценить возможные источники кластического материала и таким образом ограничить возможные обстановки формирования вулканогенно-осадочных толщ. Геологический очерк Бийско-Катунский блок в современной геологической структуре представляет собой коллаж разновеликих тектонических фрагментов, отделенный сложной системой разломов сдвиговой, взбросовой и надвиговой кинематики от окружающих ранне- и позднекаледонских образований. Основание блока представлено позднерифейскими карбонатами ба-ратальской серии, которые несогласно перекрыты венд (?)-раннекембрийскими толщами. Последние, согласно данным [Добрецов и др., 2004; Сафонова и др., 2004; Dobretsov et al., 2004; Safonova et al., 2004; Сафонова и др., 2011], являются интенсивно деформированным фрагментом океанического острова. В современной структуре эти образования представляют собой серию тектонических пластин. Среди них диагностируются образования океанической коры (основания острова), собственно «тела» симаунта, отложения склоновых фаций и карбонатной «шапки». Нижняя часть разреза (эсконгинская свита) сложена темно-серыми, черными массивными и слоистыми известняками, доломитами, силицилитами и глинисто-кремнистыми сланцами при подчиненной роли терригенных пород. В ряде разрезов отмечается обилие вулканических и пирокластических пород (афи-ровые базальты и их туфы). Центральная часть палео-симаунта сложена афировыми и мелкопорфировыми (пироксен+плагиоклаз) базальтами манжерокской свиты. В нижней части ее разреза в подчиненном количестве присутствуют туфы, силицилиты, карбонатные и терригенные породы. Эффузивные и пирокла-стические разности слагают серии потоков, разделенных прослоями обломочных, кремнистых и карбонатных пород. Базальты характеризуются массивной, реже миндалекаменной текстурой. В порфировых разностях вкрапленники представлены лейстами плагиоклаза, реже - пироксена. Отложения манжерокской свиты согласно наращивают разрез эсконгинской свиты и согласно же перерываются карбонатными отложениями чепош-ской свиты, которые соответствуют вершине океанического острова. Склоновые фации включают базальты, петрографически аналогичные породам центральной части палеосимаунта, пестроцветные кремни, слоистые и массивные известняки, глинисто-кремнистые и тер-ригенные породы. Отложения карбонатной «шапки» палеосимаунта (шашкунарская и чепошская свиты) сложены преимущественно серыми и темно-серыми плитчатыми и массивными известняками. В нижней части свиты в отдельных разрезах отмечаются пачки алевролитов, содержащих линзы и прослои кремнистых аргиллитов и кремней, а также отдельные линзы внутриформационных конгломератов и гравелитов. Вулканические и вулканогенно-осадочные толщи усть-семинской свиты слагают обширный ареал в северной части Бийско-Катунского террейна, протягивающийся по обоим берегам Катуни от п. Усть-Сема до п. Едиган (рис. 1). Эти образования слагают несколько в разной степени эродированных палеовулка-нических построек (стратовулканов), наиболее крупные из которых расположены в окрестностях п. Усть-Сема, в приустьевой части р. Бийка и в низовьях р. Булухта [Гибшер и др., 1997; Государственная... 2004; Зыбин, 2006], а также серию субвулканических штоков, силлов и даек, секущих подстилающие вулканогенные и карбонатные отложения. Возраст основного объема усть-семинской свиты соответствует среднему кембрию, что определяется находками в линзах известняков из средней части разреза (район р. Бийка и с. Еланда) трилобитов амгинско-го яруса среднего кембрия [Государственная... 2004]. В петротипическом Чепошском разрезе наблюдаются факты прорывания известняков чепошской свиты дайками диопсидсодержащих базальтов. Известняки дислоцированы с образованием пологих складок, падение в крыльях которых достигает 10-15°, а дайки вертикальны и не несут следов каких-либо деформаций. Время начала магматизма дискуссионно. Большинство исследователей полагают, что породы усть-семинской свиты имеют исключительно среднекем-брийский возраст [Винкман, 1958; Шокальский и др., 2000; Добрецов и др., 2004; Зыбин, 2006]. Однако ряд геологических фактов позволяет отнести начало формирования вулканических построек к концу раннего кембрия. К числу этих фактов относятся находки пластов диопсид-порфировых базальтов стратиграфически ниже карбонатных «шапок» чепошской свиты [Гибшер, 1997], а также присутствие в карбонатах конца раннего кембрия вулканических бомб диопсидпор-фировых базальтов, характерных для усть-семинской свиты. Литологически породы вулканической фации представляют собой массивные, брекчиевидные (преобладают), значительно реже миндалекаменные лилово-серые и серо-зеленые плагиоклаз-пироксен-порфировые и пироксен-порфировые базальты. Для них характерно наличие вкрапленников зеленого хромсодер-жащего диопсида. Количество вкрапленников резко варьирует, достигая в отдельных случаях почти половины объема породы. Реже в порфировых выделениях встречаются оливин, хромит и основной плагиоклаз (лабрадор-битовнит). Основная масса интерсертальная, реже гиалопилитовая, сложена основным плагиоклазом, пироксеном и разложенным стеклом. Толщи усть-семинской свиты характеризуются резкой фациальной невыдержанностью: по мере удаления от центров вулканических построек наблюдается смена жерловых и прижерловых, преимущественно вулканических фаций склоновыми, в которых преобладают пирокластические породы, а затем -существенно туфо-терригенными и терригенными отложениями. Следует отметить, что в связи с интенсивными тектоническими деформациями и сложностью корреляции отдельных разрезов позиция осадочных толщ наиболее дискуссионна. Традиционно существенно терригенные толщи обособлялись в улус-чергинскую свиту, считавшуюся латеральным аналогом усть-семинской. В ходе последних картиро-вочных работ [Государственная... 2004] этот стратон был упразднен: ряд осадочных разрезов включен в состав усть-семинской свиты, а большинство преимущественно осадочных толщ отнесено к чемаль-ской свите верхов раннего кембрия. Эта точка зрения подтверждена находками в стратотипическом разрезе (район с. Улус-Черга) комплекса фауны, соответствующего обручевскому горизонту тойонского яруса раннего кембрия [Репина, Романенко, 1978]. Именно эти толщи и стали объектом нашего исследования. Авторами было проведено изучение вулканоген-но-осадочного разреза в левобережье р. Кукуя (вблизи устья р. Черная, около 5 км юго-западнее с. Улус-Черга). Разрез сложен преимущественно осадочными породами (песчаниками и алевролитами) с подчиненным количеством лито- и кристалло-кластических туфов. Основное внимание было уделено изучению осадочных пород. Результаты исследований Осадочные породы в составе изученного разреза представлены зелено-серыми полимиктовыми песчаниками и алевролитами. Петрографически песчаники характеризуются слабой сортировкой осадочного материала и малой степенью окатанности зерен. Среди обломков резко преобладают базальты, присутствуют также фрагменты кристаллов зеленого диопсида, зерен плагиоклаза, крайне редко - замещенного оливина и рудных минералов. Цемент -преимущественно кремнистый и карбонатный. В некоторых образцах алевролитов фиксируется повышенная примесь кремнистого компонента. Рис. 1. Геологическая схема Чепошского магматического ареала Катунской зоны Горного Алтая по [Гибшер и др., 1997] 1-4 - баратальско-эсконгинско-манжерокский осадочно-вулканический комплекс венда - раннего кембрия: 1 - доломиты, 2 -известняки, 3 - кремнисто-карбонатные отложения; 4 - вулканиты; 5 - рифогенные карбонаты чепошской и шашкунарской свит второй половины раннего кембрия; 6 - вулканиты усть-семинской свиты среднего кембрия; 7 - вулканогенно-осадочные толщи чемальской (улус-чергинской) свиты конца раннего кембрия; 8 - терригенные отложения горноалтайской серии позднего кембрия - раннего ордовика; 9 - габброидные интрузии; 10-11 - разрывные нарушения: 10 - сдвиги, 11 - надвиги; 12 - вул-каногенно-осадочные отложения Каимского аллохтона; 13 - ордовикские отложения (тремадок); 14 - девонские отложения. Черный прямоугольник на схеме - положение изученного разреза. На врезке - географическое положение ареала 86°00' 86°15' Fig. 1. Geological scheme of Cheposh magmatic area of the Katun zone of Altai Mountains [Gibsher et al., 1997] 1-4 - Baratal-Eskongin-Mangerok Vendian - early Cambrian sedimentary-volcanic complex: 1 - dolomites, 2 - limestones, 3 - siliceous-carbonate sediments, 4 - volcanites; 5 - reef carbonates of Cheposh and Shashkunar suites of second half of early Cambrian, 6 - middle Cambrian volcanites of Ust-Semin suite, 7 - volcanogenic-sedimentary rocks of Chemal (Ulus-Chergin) suite of the end of early Cambrian, 8 - terrigenous sediments of late Cambrian - early Ordovician Gornoaltai series, 9 - gabbroid intrusions, 10-11 - disjunctive faults: 10 -strike-slip faults, 11 - thrust faults; 12 - volcanogenic-sedimentary rocks of Kaim allochthon; 13 - Ordovician (Tremadocian) sediments; 14 - Devonian sediments. Black rectangle - studied section location. Geographic position of the area is shown on the incut Вещественный состав песчаников и алевролитов характеризуется низкой кремнекислотностью (4653 мас. % SiO2). Более высокие концентрации кремнезема встречены только в алевролитах, для которых при петрографических исследованиях установлена значительная примесь кремнистого материала. Также характерны невысокие концентрации титана ( 80%), а в пирокластической - обычны туфы более кислых пород (дацитов, риолитов, реже андезитов). Формирование осадочных пород на этом этапе происходило исключительно за счет размыва синхронных вулканических толщ без заметного привно-са материала извне; усредненный состав осадочных пород соответствовал низкокалиевым андезибазаль-там и/или андезитам [Крук, 2015]. Второй этап (вторая половина раннего кембрия) характеризовался ослаблением магматической активности и интенсивным размывом вулканических построек. Формировавшиеся на этом этапе осадочные породы имели более высокие концентрации кремнезема и калия, были обогащены несовместимыми элементами [Крук и др., 2009]. Отсутствие среди обломков в песчаниках чемаль-ской свиты зерен кварца и обломков кислых вулканитов свидетельствует о том, что формирование осадочных пород происходило за пределами области сноса с островных дуг. Геохимические характеристики изученных песчаников и алевролитов также отличны от наблюдаемых в островодужных осадках второй половины раннего кембрия (в столбце 11 таблицы приведен усреденный состав алевролитов убинской свиты, соответствующих дистальной фации осадконакопле-ния Сарысазского ареала - ближайшего сектора ранне-кембрийской островодужной системы). Рис. 2. Спектры распределения РЗЭ и мультиэлементные диаграммы для кембрийских осадочных и вулканических пород Северного Алтая а-б - осадочные породы чемальской свиты (номера проб соответствуют таблице). Серое поле - область составов базальтов усть-семинской свиты; черный пунктир - усредненный состав алевролитов убинской свиты Сарысазской дуги; в-г - кембрийские базальты Катунского ареала (усредненные составы в соответствии с таблицей). Спектры распределения РЗЭ нормированы по составу хондрита [Boynton, 1984], мультиэлементные диаграммы - по составу примитивной мантии [Taylor, McLennan, 1985] Fig. 2. REE distribution and elements diagrams for Cambrian sedimentary and volcanic rocks of North Altai а-b - Chemal suite sedimentary rocks (samples numbers are the same as at the Table). Grey field is the Ust-Semin suite basalts composition field, black dashed line shows average composition of aleurolites of Ubin suite of Sarysaz arc; c-d - Cambrian basalts of Katun area (average compositions in accordance with the Table). REE distribution spectra were normalized to chondrite [Boynton, 1984], elements diagrams were normalized to primitive mantle [Taylor, McLennan, 1985] Таким образом, осадочные породы чемальской свиты были образованы во внутриокеанической обстановке практически исключительно за счет материала синхронных им вулканических и пирокластиче-ских образований, аналогичных породам усть-семинской свиты. Это позволяет скорректировать возможные геодинамические сценарии образования изученных толщ. По этому поводу неоднократно высказывались различные точки зрения. В разные годы формирование вулканогенно-осадочных отложений усть-семинской свиты связывалось с обстановкой задугового бассейна [Гибшер и др., 1997], «перескоком» зоны субдукции при заклинивании ее внутрио-кеаническим поднятием [Буслов, Ватанабе, 1996], погружением СОХ под край континента [Сафонова и др., 2011] или «мобилизацией ранее существовавших магматических очагов при скучивании океанического бассейна при переходе от островодужного режима к аккреционно-коллизионнному. Полученные данные заставляют склониться в пользу последней точки зрения, поскольку петрографические и геохимические особенности осадочных пород указывают на формирование их во «внутриокеаниче-ской» обстановке без заметного привноса терриген-ного материала с островных дуг или края континента. Смена тектонического режима четко фиксируется по изменению характера вулканизма (со «спокойного» подводного на наземный с высокой экспло-зивностью) синхронно с деформацией вмещающих толщ. Наличие в базальтах усть-семинской свиты «надсубдукционных» геохимических характеристик, нетипичных для более ранних вулканитов Катунско-го ареала, свидетельствует о появлении под океанической плитой источника «континентальной» лито-сферной мантии, преобразованной процессами суб-дукции, что вполне объяснимо в рамках модели отрыва слэба и возникновения вторичных мантийных диапиров [Хаин и др., 1996]. Возрастным и формационным аналогом пироксе-нофировых базальтов усть-семинской свиты Горного Алтая является урэгнурская пикрит-базальтовая вулкано-плутоническая ассоциация, впервые выделенная Н.А. Берзиным в северо-восточной части Монгольского Алтая. Здесь, в пределах Хархирин-ского аккреционного террейна Н.А. Берзиным была выделена Яматугольская зона - покровно-чешуй-чатая структура, сложенная фрагментами двух тектонических пластин - Нарийнсалинской и Харгаит-ской. Нижняя (Нарийнсалинская) сложена слабоме-таморфизованными нижнекембрийскими флишоид-ными терригенными отложениями. Верхняя (Харга-итская) состоит из вулканогенных и осадочных пород. Вулканиты представлены потоками оливин-пироксенофировых, пироксенофировых и плагио-клаз-пироксенофировых базальтов, петрографически и геохимически аналогичных базальтам усть-семинской свиты. В нижней части пластины обнаружен горизонт ультраосновных вулканокластитов и лавобрекчий, имеющий мощность до 60-70 м, прослеживающийся в виде отдельных фрагментов приблизительно на 40 км. В ультраосновном серпентини-зированном матриксе присутствуют многочисленные округлые обломки оливинофировых и оливин-пироксенофировых пикритов. Выше по разрезу эти породы сменяются туфотурбидитами и практически мономинеральными клинопироксеновыми песчаниками, что указывает на излияние пикритов в подводных условиях одновременно с формированием фли-шоидных толщ. Наблюдаются базальты с подушечной отдельностью, что также свидетельствует о подводном характере излияний пикритов и базальтов. Деформированные флишоидные образования и вулканогенные породы прорываются многочисленными дайками, силлами и небольшими дифференцированными интрузивами долеритов, пикритов и габброидов, которые по особенностям петрографического состава, петрохимическим и геохимическим характеристикам аналогичны вулканическим фациям. Это свидетельствует о том, что формирование урегнурской ассоциации, как и вулканитов усть-семинской свиты, происходило синхронно с деформацией осадочного бассейна. Ar-Ar возраст биотита из типовой дайки пикрита, секущей деформированные флишоидные толщи и небольшого тела монц-одиоритов, соответствует границе нижнего и среднего кембрия (512,4±6,1 млн лет). Именно этому временному интервалу соответствуют специфические обогащенные диопсидом базальты усть-семинской свиты в Катунской зоне Горного Алтая, где также отмечаются небольшие субвулканические тела пикритов и пироксенитов, сходных по составу с урэгнурскими [Гибшер и др., 1997]. Показано, что с этими ассоциациями связана россыпная ферроплатиновая минерализация урало-аляскинского типа, что позволило выделить единый кембро-ордовикский металлогенический пояс, объединяющий Западную Монголию, Горный Алтай, Горную Шорию и Кузнецкий Алатау [Izokh et al., 2004; Оюунчимэг и др., 2009; Изох и др., 2010]. Приуроченность рассматриваемых магматических ассоциаций к областям «скучивания» осадочных бассейнов и надсубдукционные геохимические характеристики пород позволяют предполагать, что источником высокомагнезиальных магм была над-субдукционная литосферная мантия. Высокие степени плавления надсубдукционной литосферной мантии в зонах субдукции достигаются при экстремальных условиях, обеспечивающих возможность декомпрессионного плавления (косая субдукция, перескок зоны субдукции, смена полярности, поперечное растяжение), либо при прогреве надсубдукционной мантии теплом плюмового источника. Следует отметить, что для интервала 510-490 млн лет для ЦАСП предполагается участие мантийного плюма [Ярмолюк и др., 2003], который привел к образованию крупной изверженной провинции, включая гранитоидные батолиты [Izokh et al., 2009]. Кроме того, для этого этапа эволюции ЦАСП предполагаются скорости движения плит до 40 см/год [Коваленко и др., 1999] и трансформные взаимоотношения блоков [Ярмолюк и др., 2003], так что подобные, несколько необычные обстановки, вполне вероятны. Одним из доказательств участия глубинного мантийного плюма на кембро-ордовикском аккреционно-коллизионном этапе эволюции ЦАСП является наличие карбонатитов и щелочных сиенитов (комплекс Эдельвейс в Горном Алтае с возрастом 506,8±3,5 млн лет [Врублевский и др., 2009]; верхнепетропавловский комплекс щелочных сиенитов и карбонатитов в северной части Кузнецкого Алатау с возрастом 509±10 млн лет [Врублевский и др., 2004]). Синхронность проявлений карбонатитового магматизма и своеобразного анкаромитового вулканизма вряд ли является случайным, поскольку для образования обогащенных клинопироксеном базальтов (анкаромитов) необходима верлитизация мантийного субстрата.

Скачать электронную версию публикации