НОВЫЕ ДАННЫЕ ПО СОСТАВУ И ВОЗРАСТУ палеозойских ОСАДОЧНО-ВУЛКАНОГЕННЫХ ТОЛЩ И ИНТРУЗИВов ЕРАВНИНСКОГО
ОСТРОВОДУЖНОГО ТЕРРЕЙНА (ЗАБАЙКАЛЬЕ)
1, 1, 2Э. Хегнер, 1
1Геологический институт СО РАН, Улан-Удэ, *****@***bsc. *****
2Отделение наук о Земле и окружающей среде Мюнхенского университета, Германия, *****@***uni-muenchen. de
В Западном Забайкалье в палеозое широко проявились осадочно-вулканогенные и вулканогенные процессы, в результате которых сформировались крупные прогибы и отдельные вулкано-тектонические структуры, объединяемые в Удино-Витимскую зону палеозоид. Детальное изучение вулканизма этого региона позволило реконструировать Еравнинский островодужный террейн и в последующем Удино-Витимскую островодужную систему венд - раннепалеозойского возраста, развитую на окраине Палеоазиатского океана, а также выделить верхнепалеозойские рифтогенные прогибы и вулкано-тектонические структуры на активной окраине Сибирского континента [Парфенов и др., 1995; Гордиенко, 2006].
В результате работ, проведенных в последние годы, было установлено, что основу венд-раннепалеозойского островодужного комплекса в пределах Еравнинского террейна составляют мощные шлейфы вулканокластитов среднего и смешанного составов и крупные вулканические постройки, сложенные породами основного, среднего и кислого составов [Гордиенко и др., 2005]. Ранее они объединялись в три пачки нижнекембрийской олдындинской свиты (турхульская, гурвунурская, озернинская) [Литвиновский и др., 1986].
Нами получены новые геохимические и минералогические данные наиболее типичных представителей вулканических пород, составляющих основу островодужного комплекса. Среди продуктов вулканизма выделяются лавовые, пирокластические и субвулканические фации. Лавы представлены базальтами, андезитами, андезибазальтами, андезидацитами. Вулканиты кислого состава, среди которых выделяются риолиты, дациты и риодациты, имеют подчиненное значение. К пирокластическим фациям относятся псаммито-псефитовые туфы смешанного риолит-дацит-андезитового состава. Среди субвулканических образований выделяются маломощные силлообразные тела и дайки долеритов и диабазов. Породы интрудированы палеозойскими гранитоидами и подверглись интенсивной гидротермально-метасоматической переработке, калишпатизированы и альбитизированы.
Вулканиты в пределах центральной части Еравнинского террейна представлены в основном породами среднего состава, при подчиненном развитии основных и кислых разностей. Преимущественно это андезиты и андезибазальты порфировой структуры с пилотакситовой и микрозернистой основной массой. Вкрапленники плагиоклаза в подавляющем большинстве представлены олигоклазом с 15–30% An, в меньшем количестве андезином (Ab63–60Or4–6An31–36). В андезидацитах вместе с вкрапленниками олигоклаза присутствует калиевый полевой шпат, представленный призматическими кристаллами санидина с высоким содержанием ортоклазового минала (Ab24–42Or55–72An1,8–3,5). Базис сложен на 50–70% альбитом (An6–10), хлоритом, серицитом, карбонатом (до 20%), магнетитом и титаномагнетитом (до 3%). Зерна рудного минерала в виде рудной пыли, призматических зерен встречаются как в основной массе, так и во вкрапленниках и представлены магнетитом и титаномагнетитом (TiO2 – 17 %). Из акцессорных минералов присутствуют также апатит, сфен, ильменит.
На спайдер-диаграмме редких элементов отмечается деплетированность Nb, Zr, в ряде случаев Ti, и обогащенность – Ba, K, Rb, что является характерным для островодужных магм. Преобладающая часть микрокомпонентов лежит вблизи состава пород MORB. Почти горизонтальное распределение таких элементов, как Nb, Zr, Y, Yb, указывает, что первичные выплавки осуществлялись из источника, подобного источнику N-MORB. Геохимические особенности пород указывают на их надсубдукционное происхождение. Об этом свидетельствуют известково-щелочной тренд дифференциации, отрицательные аномалии Nb, Zr, Ti, положительные Ba, K, Rb. Геохимические и минералогические особенности исследованных вулканитов позволяют сделать вывод о том, что их формирование происходило в условиях островной дуги, современным аналогом которой является Курило-Камчатская островодужная система.
Полученные нами новые данные по возрасту и составу осадочных, вулканогенных и интрузивных пород в пределах Еравнинского террейна позволят скорректировать историю геологического развития этого района в среднем и верхнем палеозое.
При изучении многочисленных ксенолитов и блоков олдындинской свиты в пределах Кыджимит-Зазинского и Заза-Холойского междуречий установлено, что олдындинская свита представлена двумя типами пород: 1 тип – это описанные выше островодужные кислые, средние и смешанные вулканиты (риолиты, андезиты, андезибазальты, дациты, андезидациты), их туфы, туфолавы, пипериты, туффиты и вулканокластиты, слагающие серии конусов псефитовых и псефито-псаммитовых тефротурбидитов среднего и смешанного состава (ближняя зона вулканизма), и вулкано-терригенные породы с телами карбонатных построек (дальняя зона вулканизма). Наибольший интерес представляют отложения дальней зоны, сложенной серией мелких конусов средних и смешанных тефротурбидитов, терригенно-вулканогенными отложениями с рядом небольших тел (блоков) карбонатных пород. Эти тела сложены в основном обломочными («шламовыми») известняками, формировавшимися в результате заполнения крупных промоин и западин рельефа обломочным карбонатным материалом, возникшим при денудации карбонатных платформ. Реже встречаются небольшие (не более первых сотен метров) археоциатово-водорослевые иловые купола. Карбонатные тела иногда окружены карбонатными брекчиями. Контакты известняковых тел четкие, часто с бухтообразными заливами. Иногда наблюдается противоположная ориентировка плоскостей контактов тел и слоистости вмещающих пород. Набор фаций карбонатных тел представлен только фрагментами поясов экологического рифа и обломочного шельфа. Причем в строении олдындинской свиты присутствуют только продукты перемыва карбонатного шельфа. Известняки фрагментов иловых куполов по разрезам олдындинской свиты рек Ультзутуй, Хулудый, Левая Олдында содержат обильную фауну археоциат, реже трилобитов и многочисленные водоросли нижнего кембрия [ Язмир и др, 1975; Беличенко, 1969 и др.]. В обломочных известняках, кроме зоогенного детрита (обломки археоциат, трилобитов, хиолитов), по разрезу свиты р. Ультзутуй, встречены (определения , г. Новосибирск, , г. Улан-Удэ): сифоновые и харовые водоросли, распространенные в силуре-девоне, тентакулиты, встречающиеся в силуре – девоне (определения , г. С-Петербург). По р. Левая Олдында установлены: амфипориды (строматопораты) плохой сохранности (определения , г. Новосибирск), распространенные в верхнем силуре – девоне; водоросли (определения ) Rotpletzella sp. (силур-девон), Ikella sp. и Nuia devonica Sh. (девон) и сифоновые водоросли (появляющиеся с силура). В отложениях условно олдындинской свиты по разрезу р. Кыджымит, по данным [Кременецкий, Далматов, 1988] и нашим сборам, установлены мшанки с интервалом распространения ордовик – девон, кораллы – колониальные ругозы из группы лаккофилид, распространенной в силуре – девоне, и род Sociophylum, характерный для нижнего – среднего девона, водоросли Rotpletzella sp., распространенные в силуре-девоне (определения , г. Москва, , г. Новосибирск). В известняках р. Хакусы определены () водоросли Rotpletzella sp. (силур - девон) и харовые водоросли рода Sicidium sp. (наиболее характерные для среднего-верхнего девона). В результате палинологических исследований в пробах из туфоалевролитов олдындинской свиты по р. Хулудый и Ультзутуй выделены комплексы миоспор (определения , г. Воронеж), среди которых преобладают формы, распространенные в верхнем девоне – нижнем карбоне (турне-визе). Таким образом, в вулканогенно-осадочных породах, включаемых в состав олдындинской свиты, обнаружены гетерогенные комплексы органических остатков нижнего и среднего палеозоя, позволяющие предполагать аллохтонное залегание известняковых тел.
Установлено, что состав и соответственно возраст выделяемых в составе Еравнинского террейна отложений химгильдинской и исташинской свит тесно связаны с осадконакоплением охарактеризованной выше олдындинской свиты.
Химгильдинская свита по литологическому составу условно разделена на две подсвиты. Нижняя подсвита сложена полимиктовыми песчаниками, алевролитами с прослоями песчанистых известняков, часто рассланцованными. Верхняя подсвита представлена полимиктовыми песчаниками, алевролитами, существенно кварцевыми, полимиктовыми конгломератами, гравелитами. Химгильдинская свита в стратотипе (левобережье р. Химгильды) представлена зеленовато-серыми кварц-полевошпатовыми песчаниками с прослоями алевролитов, алевропелитов и реже линзами известняков. В верхней части разреза в песчаниках наблюдаются прослои, обогащенными гравийным материалом, и линзы мелкогалечных конгломератов, известняков и глинисто-карбонатных сланцев. По правобережью р. Витим, ниже устья р. Хулудый, нижняя подсвита сложена карбонат-хлорит-кварцевыми, эпидот-кварц-карбонатными, актинолит-кварцевыми сланцами с прослоями полимиктовых песчаников. В верхней подсвите преобладают полимиктовые и кварцевые песчаники с прослоями алевролитов. По правобережью р. Хулудый свита сложена зеленовато-серыми карбонатными, полимиктовыми песчаниками, алевролитами с прослоями песчанистых известняков, часто рассланцованными. В песчанистых известняках свиты разреза по р. Хулудый, близ контакта с олдындинской свитой обнаружены церамопороидные мшанки, появляющиеся с ордовика (определения , г. Москва). В палинологических пробах (определения , г. Воронеж) из песчаников химгильдинской свиты по правобережью р. Витим, ниже устья рч. Хулудый установлен комплекс миоспор фаменского яруса верхнего девона. В алевропелитах и алевролитах свиты стратотипического разреза по р. Химгильде выделены миоспоры, среди которых преобладают виды, типичные для нижнекаменноугольных отложений (визе) и встречены формы, распространенные в верхах нижнего – низах среднего карбона.
Исташинская свита сложена пестроцветными (преимущественно красноцветными) полимиктовыми, реже кварцевыми, песчаниками с прослоями и маломощными линзами полимиктовых гравелитов и конгломератов, глинисто-карбонатными, карбонатными сланцами. В средней и верхней частях разреза свиты установлены, часто рассланцованные, глинистые и карбонатные алевролиты, песчанистые известняки и кремнистые и кварцито-хлоритовые сланцы. В песчанистых известняках по рч. Хулудый (определения , г. Москва) обнаружены губки и строматопораты (девон?). В палинологических пробах из стратотипического разреза исташинской свиты (рч. Хулудый) выделен богатый комплекс миоспор (определения , г. Воронеж). Комплекс характеризуется широким развитием видов, характерных для нижнепалеозойских отложений нижнефранского подъяруса верхнего девона.
Таким образом, состав и возраст значительной части разрезов осадочных толщ Еравнинского островодужного террейна, ранее относившихся к кембрию и кембро-ордовику [Беличенко, 1969], в настоящее время должен быть скорректирован в сторону омоложения. По имеющимся палеонтологическим данным вертикальная возрастная последовательность изученных свит может быть определена в следующем виде: 1) исташинская (нижнефранский ярус верхнего девона); 2) химгильдинская, по р. Витим (фаменский ярус верхнего девона); 3) значительная часть олдындинской свиты (фаменский ярус, верхняя часть? верхнего девона – низы карбона); 4) химгильдинская, по р. Химгильда (нижний карбон-низы среднего карбона).
Одновременно с осадконакоплением вышеназванных толщ или немного позднее происходило формирование верхнепалеозойских вулканических и комагматичных им плутонических комплексов пород. Продукты верхнепалеозойского вулканизма локализовались в рифтогенных вулканотектонических структурах (ВТС). Одной из крупных структур Западного Забайкалья, где установлены осадочные, вулканогенные и плутонические формации этого возраста, является Бейсыханская ВТС, расположенная на юго-западе Витимского плоскогорья [Гордиенко и др., 2003].
Бейсыханская ВТС локализована, главным образом, на левобережье р. Витим, где слагает одноименный водораздельный хребет в междуречье Аталанга – Витим, а также переходит на правый борт долины р. Витим, где образует ряд ВТС в пределах Еравнинского террейна (рч. Сурхэбт, Хулудый и др.). Вулканогенные образования представлены породами кислого (дациты, риолиты, трахириолиты, их туфы, игнимбриты) и среднего (трахиандезиты и их туфы) составов. Вулканогенная ассоциация объединяет две группы пород: среднего и кислого состава. Преобладающие по объему вулканиты кислого состава представлены трахидацитами, дацитами, трахириодацитами, трахириолитами, риолитами, а также их пирокластическими аналогами, включая игнимбриты. Менее распространены трахиандезиты, андезиты и их туфы. Встречаются также переходные разности андезито-дацитового состава, которые незначительно отличаются по минеральному составу от андезитов и дацитов. В большинстве случаев вулканиты среднего состава подвергнуты постмагматическим изменениям, что выражается в хлоритизации, эпидотизации как вкрапленников, так и основной массы. В породах кислого состава наблюдается девитрификация первичного стекла и последующая интенсивная перекристаллизация фельзитовой основной массы.
По геохимическим критериям вулканиты Бейсыханской структуры являются высокоглиноземистыми, обогащенными щелочами породами и принадлежат к субщелочной серии. На классификационных петрографических диаграммах они образуют два обособленных поля, которые особенно отчетливо разделяются по содержанию K2O. Характерно, что по суммарной щелочности трахиандезиты незначительно отличаются от трахириолитов. Однако при росте кремнезема в них происходит резкое увеличение калия. Поэтому на диаграмме K2O – SiO2 исследуемые трахиандезиты располагаются в области высококалиевых пород. Отношения Na2O/K2O в вулканитах среднего состава характеризуются значениями 0,79–1,49, в группе кислых пород 0,51–0,99, что позволяет отнести их к калинатровой серии. Коэффициент агпаитности составляет в средних вулканитах 0,51–0,78, в кислых 0,73–0,91. Эти особенности определяют принадлежность вулканитов Бейсыханской структуры к субщелочной трахиандезит-трахириолитовой ассоциации. Судя по коэффициенту магнезиальности (mg = 41–53), низким значениям Ni/Co (0,8–1,3) трахиандезиты являются глубокодифференцированными породами. На спайдер-диаграммах некогерентных элементов, нормированных к N-MORB, составы средних и кислых пород имеют положительные аномалии Ba, La, Ce и резкие минимумы Nb и Ti, что является характерной особенностью островодужных магм и сближает вулканиты Бейсыханской структуры с высококалиевыми андезитами и риодацитами Камчатки. Однако индикаторные отношения Ba/Nb (50–61), Ti/V (24–36), высокие концентрации Zr соответствуют величинам, характерным для вулканитов активных континентальных окраин [Кононова и др., 1993].
Исследуемые вулканиты отличаются высоким суммарным содержанием и дифференцированным характером распределения РЗЭ. Уровень концентрации РЗЭ варьирует в широких пределах с преобладанием легких лантаноидов, что определяется отношением (La/Yb(N) = 4,9–9,8) в трахиандезитах и (La/Yb(N) = 3,4–11,6) в трахидацитах и трахириолитах. Характерной особенностью вулканитов являются отчетливые европиевые минимумы, что отражает экстракцию Eu из расплава при фракционировании относительно богатого кальцием плагиоклаза.
Вулканиты Бейсыханской ВТС, расположенные в правом борту руч. Хулудый, сложены в основном трахибазальтами и андезибазальтами. Трахибазальты характеризуются миндалекаменной текстурой и порфировой структурой. Вкрапленники в основном представлены плагиоклазом, редко отмечаются субкальциевый авгит и титан-авгит (Wo24–28En36–39Fs19–23) (f=34–37, CaO=9,8–16,5 мас.%). В единичных зернах присутствуют роговая обманка- актинолит и биотит-флогопит (f =28–30). Основная масса сложена серицитизированным и альбитизированным плагиоклазом, погруженным в девитрифицированное стекло, замещенное хлоритом и эпидотом.
Вулканиты в левом борту руч. Хулудый представлены трахириолитами и игнимбритами. Трахириолиты представляют собой массивные флюидальные или тонкополосчатые породы порфировой структуры с микрозернистой, фельзитовой, микропойкилитовой, а в более раскристаллизованных разновидностях – микросферолитовой структурой. Вкрапленники в количестве 5–10% от объема породы представлены плагиоклазом (альбит) и калиевым полевым шпатом (санидин). Трахириолиты содержат гломеропорфировые сростки плагиоклаза и калиевого полевого шпата (КПШ), размером 1–2 мм. Фенокристаллы КПШ частично пелитизированы, а зерна плагиоклаза серицитизированы. Полевые шпаты во вкрапленниках образуют таблитчатые иногда округлые (оплавленные) формы размером 0,3–3 мм. Основная масса состоит из мелких зерен (0,05–0,1 мм) калиевого полевого шпата (КПШ), кварца и редких мельчайших зернышек роговой обманки и чешуек биотита. Порода густо усеяна чешуйками серицита и рудного минерала. Игнимбриты характеризуются отчетливой флюидальностью и большим количеством реликтов первичной стекловатой лавы (фьямме). Породы основного и кислого составов различаются по содержанию калия, суммы щелочей и соотношению калия и натрия. Преобладающая часть вулканитов соответствует известково-щелочной калиево-натриевой серии.
Вулканиты характеризуются умеренными содержаниями редкоземельных элементов и слабым их фракционированием. По концентрации и распределению они несколько различаются. Сумма РЗЭ в андезибазальтах непосредственно Еравнинского «ксенолита» составляет 61, 30–75,15 г/т. Значения LaN/YbN = 2,1–3,2. Концентрация РЗЭ вулканитов бассейна рч. Хулудый несколько ниже и составляет в базальтах правого борта 32,9–36, 47 г/т. Спектр распределения РЗЭ слабо дифференцирован (LaN/YbN = 2,0–2,8). В кислой толще левого борта – 53,2 г/т. Спектры распределения РЗЭ в них более дифференцированы (LaN/YbN = 4,8). Все вулканиты демонстрируют отрицательную европиевую аномалию. Концентрации некогерентных элементов во всех базальтах и андезибазальтах составляют (г/т): Zr 37–160, Nb1–4, Y 8–21. Содержание некогерентных элементов в кислой толще несколько повышенное (г/т): Zr 220, Nb 10, Y 25.
Изотопный R-Sr возраст вулканической ассоциации Бейсыханской ВТС, полученный на масс-спектрометре Finnigan МАТ-252 в Аналитическом центре коллективного пользования (г. Иркутск), оставляет 323± 46 млн. лет при первичном отношении 87Sr/86Sr = 0,706±0,001. Большая погрешность, очевидно, связана с изотопной неоднородностью источников трахириолитов. Полученный нами Ar-Ar возраст трахибазальтов по правобережью рч. Хулудый составляет 306,6±3,2 млн. лет, а U-Pb возраст, полученный в Германии, по цирконам толщи кислых вулканитов (трахириолитов), расположенной на левобережье рч. Хулудый, составляет 290 млн. лет.
На юго-восточных склонах хр. Бейсыхан и Заза-Холойском междуречье кислые и средние вулканогенные породы Бейсыханской ВТС интрудированы гранитоидами зазинского комплекса, находясь с ними в тесной пространственной и генетической связи. Гранитоиды зазинского комплекса сосредоточены в основном на юге Витимского плоскогорья, где наряду с другими массивами представляют собой самостоятельный интрузивный комплекс, сформированный позднее Ангаро-Витимского батолита. Установлено, что наиболее вероятный Rb-Sr возраст Байсинского плутона зазинского комплекса – поздний карбон (323±24 млн. лет) [Литвиновский и др., 1999]. Сходство геохимических характеристик кислых вулканитов и гранитов позволяет подтвердить более ранние выводы о комагматичности гранитов зазинского комплекса и кислых вулканитов хр. Бейсыхан [Литвиновский, 1977; Гордиенко и др., 1978]. Полученные нами Ar-Ar возраст гранодиоритов района Озерного месторождения составляет 271±3,3 млн. лет, а U-Pb возраст этих же пород по цирконам – 284 млн. лет [Hegner et al., 2006].
Таким образом, изотопный возраст вулканитов и интрузивов Бейсыханской и других ВТС Еравнинского террейна свидетельствует о позднем карбон-раннепермском времени их формирования. Известно, что в это время на территории Западного Забайкалья происходили активные коллизионные и внутриплитные тектоно-магматические процессы, приведшие к формированию крупного Селенгино-Витимского вулканоплутонического пояса рифтогенного типа, в том числе к становлению Ангаро-Витимского гранитоидного батолита [Ярмолюк и др., 1997; Гордиенко, Кузьмин, 1999]. Как указывалось выше, обсуждаемые вулканогенные породы пространственно, генетически и по времени формирования тесно связаны с кристаллизацией гранитоидов зазинского комплекса, образуя с ними единую вулканоплутоническую ассоциацию. Данная ассоциация входит в состав вышеназванного трансрегионального верхнепалеозойского Селенгино-Витимского вулканоплутонического пояса, сформированного в тылу активной континентальной окраины [Гордиенко, 2006].
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проекты № 05–05–64035, № 06–05–79047).
Список литературы
Нижний палеозой Западного Забайкалья. М.: Наука, 1969, 208 с.
, , Магматические формации палеозоя Саяно-Байкальской складчатой области. М.: Наука, 1978, 221 с.
Геодинамическая эволюция поздних байкалид и палеозоид складчатого обрамления юга Сибирской платформы // Геология и геофизика, 2006. Т. 47, № 1. С. 53–70.
, Геодинамика и металлогения Монголо-Забайкальского региона // Геология и геофизика, 1999. Т. 40, № 11. С. 1545–1562.
, , Карбоновый вулканизм Витимского плоскогорья, Забайкалье: состав, Rb-Sr возраст, геодинамические условия формирования // Вулканизм и геодинамика. Мат. II Всероссийского симпозиума по вулканологии и палеовулканологии. Екатеринбург, 2003. С. 72–78.
, , Вулканизм Удино-Витимской островодужной системы (Западное Забайкалье) // Геотермальные и минеральные ресурсы областей современного вулканизма (Материалы Международного полевого Курило-Камчатского семинара, 16 июля – 6 августа 2005 г.). Петропавловск-Камчатский: “ОТТИСК“, 2005. С. 257–265.
, Континентальный базальтовый вулканизм и геодинамическая эволюция Байкало-Монгольского региона // Петрология, 1993. Т. 1, № 2. С. 152–170.
, Новые данные по стратиграфии Восточного Прибайкалья. Кембрий, подстилающие и перекрывающие его отложения // Кембрий Сибири и Средней Азии. М.: Наука, 1988. С. 83–97.
Проблема среднего палеозоя на Витимском плоскогорье в свете новых данных по магматизму // Геология и геофизика, 1977, № 1. С. 48–56.
, , Новые Rb-Sr данные о возрасте позднепалеозойских гранитоидов Западного Забайкалья // Геология и геофизика, 1999. Т. 40, № 5. С. 694–702.
, , Новые данные по магматизму Озернинского рудного узла (Западное Забайкалье) // Геология и геофизика, 1986, № 8. С. 56–67.
, , В. Террейны и формирование орогенных поясов Забайкалья // Тихоокеанская геология, 1996. Т. 15, № 4. С. 3–15.
, , Ангаро-Витимский батолит: к проблеме геодинамики батолитообразования в Центрально-Азиатском складчатом поясе // Геотектоника, 1997, № 5. С. 18–32.
, , Атлас фауны и флоры палеозоя и мезозоя Бурятской АССР. Палеозой. М.: Недра, 19с.
Hegner E., Gordienko I. V., Iaccheri L. M. On the origin of the late paleozoic Selenga-Vitim magmatic belt, Transbaikalia // Structural and Tectonic Correlation across the Central Asia Orogenic Collage: Implications for Continental Growth and Intracontinental Deformation. Ulaanbaatar, 2006. P. 51–53.
