Вещественный состав и генезис вендской щелочной пирокластики Бирюсинского Присаянья

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вещественный состав и генезис вендской щелочной пирокластики Бирюсинского Присаянья

Е.Н. Федерягина

Иркутский государственный университет, г. Иркутск

Ю.С. Андреева

Иркутский государственный университет, г. Иркутск Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН, г. Иркутск

А.В. Иванов

Иркутский государственный университет, г. Иркутск

Аннотация

Изучен вещественный состав неопротерозойских высококалиевых терригенных отложений карагасской серии Бирюсинского Присаянья и возможных источников сноса обломочного материала - палеопротерозойских гранитов Саянского комплекса и более древних метаморфических образований сублукской серии Бирюсинской глыбы. Особое внимание в статье уделено минералого-петрографическим особенностям исследуемых пород. В результате проведенных исследований установлена весьма ограниченная возможность их участия в качестве источников обломочного материала при формировании рассматриваемых отложений. При изучении вещественных характеристик выявлено, что породы карагасской серии имеют вулканокластическую природу, связанную с деятельностью щелочного магматизма. Терригенные отложения карагасской серии отмечаются незначительными вариациями изотопных Бт-Ш-характеристик, что обусловлено единым источником сноса, вероятно, представляющего собой внутриплитные рифтогенные магматические комплексы, а модельный возраст - Т(ЭМ) = 2,3-2,5 млрд лет в сочетании с е№(_{800 млн лет}) от -12,6 до -16,2 свидетельствуют в целом о вкладе древнекорового материала. Имеющиеся в распоряжении авторов И-РЪ-датировки детритовых цирконов карагасской серии характеризуются значениями возрастов в интервале 630-640 млн лет. Такие возрастные рубежи наблюдаются и в породах Белозиминского карбонатитового массива, также локализованного в пределах Бирюсинского Присаянья. Таким образом, совокупность полученных результатов ярко демонстрирует интенсивное проявление щелочного магматизма и вулканизма на этой территории.

Ключевые слова: каргасская серия, Бирюсинская глыба, пирокластические породы, венд, вещественный состав.

Absract

Composition and Genesis of Vendian Alkaline Pyroclastic Rocks of the Biryusa Prisayanie

E. N. Federyagina

Irkutsk State University, Irkutsk

Y. S. Andreeva

Irkutsk State University, Irkutsk

Vinogradov Institute of Geochemistry SB RAS, Irkutsk

A. V. Ivanov

Irkutsk State University, Irkutsk

Substance composition of Neoproterozoic high-K terrigenous sediments of Karagas group (Biryusa Prisayanie) and the possible sources of clastic material - Paleoproterozoic granites (Sayan complex) and more ancient metamorphic formations Sublukskaya group of the Biryusinskaya blocks are studied. Constraints on possibility of the proposed complexes as sources of clastic material in the genesis of Karagas group deposits is established. Particular attention is paid to mineralogical and petrographic features of the rocks studied, as well as probable geological formations, whose rocks could serve as a protolith for the terrigenous deposits of the Karagas series. As a result of the conducted studies, a very limited possibility of their participation as sources of detrital material in the formation of the sediments under consideration has been established. When studying the material characteristics it was revealed that the rocks of the Karagas series have a volcaniclastic nature associated with the activity of alkaline magmatism. Available at the disposal of the authors of U-Pb dating of detrital zircons of the Karagas series are characterized by age values in the interval 630-640 Ma. Such age limits are also observed in the rocks of the Beloziminsky carbonatite massif, also located within the Biryusa Pripyat. Thus, the totality of the results obtained clearly demonstrates the intensive manifestation of alkaline magmatism and volcanism in this area.

Keywords: Karagas group, Biryusa block, pyroclastics rocks, Vendian, substance composition.

При построении палеогеодинамических реконструкций в пределах Сибирской платформы и ее складчатого обрамления основное внимание отводится магматическим и метаморфическим комплексам. При этом изучение изотопно-геохимических характеристик неопротерозой-палеозойских ак- вальных осадочных серий в краевых частях Сибирской платформы позволяет более корректно на основе реконструкций геодинамических обстановок седиментогенеза отдельных осадочных бассейнов проследить зарождение, раскрытие и поэтапное закрытие Палеоазиатского океана. С существованием этого океана связывают основную эпоху осадконакопления в пределах Центрально-Азиатского орогенного пояса [Позднетриасовый этап магматической..., 2014].

С другой стороны, проявления щелочного магматизма в пределах древних платформ являются индикаторными при реконструкциях обстановок растяжения, которые нередко связаны с процессами рифтогенеза - начальной стадии раскола континентальной коры. С учетом эксплозивного характера щелочного вулканизма диагностика этого процесса возможна на основе выявления в осадочной последовательности древних платформ продуктов этого вулканического события - туфов, вулканокластических брекчий и т. д. При изучении позднедокембрийских отложений карагасской серии Бирю- синского Присаянья на основе литологических, минералогических, геохимических и изотопных исследований установлены их вулканокластическая природа, связанная с проявлениями щелочного вулканизма, и возраст этих событий. Ранее эти породы относились к нормально осадочным, а этапов вулканизма на изученных территориях не выделялось [Проблема диагностики продуктов..., 2018].

Методы исследования

Исследования петрогенных компонентов в породах проводились методом рентгенофлуоресцентного анализа, редкоэлементного состава пород - методом ISP MS. Химический состав минералов определялся методом рентгеноспектрального электронно-зондового микроанализа в Институте геологии и минералогии СО РАН (г. Новосибирск).

Выделение чистых фракций неодима выполнялось по методике, описанной в [Combined chemical separation..., 2010]. Изотопные составы неодима измерялись как ионные токи металлов на термоионизационном многоколлекторном масс-спектрометре Finnigan MAT-262 в Байкальском центре коллективного пользования СО РАН (г. Иркутск).

Для проведения локального U-Pb-датирования цирконов методом LA-ICP MS отборы мономинеральных фракций размером 0,5-0,25 и 0,25-0,16 мм осуществлялись под бинокулярной лупой. U-Pb-датирование методом LA ICP MS выполнялось в Университете Гонконга по методике, описанной в [Zircon U-Pb and Hf..., 2008].

Особенности геологического строения карагасской серии

В пределах Бирюсинского выступа Сибирской платформы изучены неопротерозойские позднекембрийские терригенные отложения карагасской серии (рис. 1), характеризующиеся высокими содержаниями K₂O от 5 до 12 мас. % и низкими Na₂O (менее 0,1 мас. %), и более древние магматические и метаморфические породы возможных источников сноса - палеопроИзвестия Иркутского государственного университета Серия «Науки о Земле». 2018. Т. 25. С. 137-149 терозойские граниты Саянского комплекса, гнейсы сублукской серии фундамента раннедокембрийской Бирюсинской глыбы. Проведено их детальное петрографическое изучение, в том числе состава породообразующих и акцессорных минералов с помощью сканирующего электронного микроскопа.

Красноцветные терригенные отложения карагасской серии протянулись полосой более 100 км в пределах раннедокембрийской Бирюсинской глыбы вдоль северо-восточных предгорий Восточного Саяна от бассейна р. Туманшет до бассейна р. Ии. Карагасская серия (максимальная мощность - около 2400 м) залегает на разновозрастных комплексах пород фундамента с угловым несогласием, выполняя очень пологие широкие структуры; подразделяется на три свиты - шангулежскую, тагульскую и ипситскую (рис. 2) [Геологическая карта: N-47..., 2012].

Каждая свита представляет собой крупный седиментационный цикл от кластических прибрежно-морских и континентальных к шельфовым карбонатным осадочным системам. Возраст этих отложений оценен как древнее 760 млн лет по прорывающим их силлам долеритов нерсинского комплекса.

Рис. 1. Схема геологического строения Бирюсинского Присаянья [Геологическая карта: N-47..., 2012]. На вкладке отмечено положение объектов исследования. Условные обозначения: 1 - складчатое обрамление Сибирской платформы, 2 - Сибирская платформа, 3 - объект исследования

Рис. 2. Схематический разрез докембрийских образований Бирюсинского Присаянья [Геологическая карта: N-47..., 2012, с изменениями по Брагин, 1986, Решения Всесоюзного стратиграфического..., 1983, Мотова, Донская, Гладкочуб, 2016]: а - общая хроностратиграфическая шкала; б - серии и свиты: 1 - архейско-раннепротерозойский фундамент Сибирского кратона; 2 - конгломераты; 3 - мелкогалечные конгломераты и гравелиты; 4 - песчаники; 5 - кремнистые алевролиты и песчаники; 6 - аргиллиты; 7 - алевролиты; 8 - песчанистые доломиты; 9 - доломиты; 10 - строматолиты и микрофитолиты; 11 - долериты и габбро-долериты

Результаты минералого-петрографических исследований

Для песчаников карагасской серии характерна косая и горизонтальная слоистость, окатанность обломков разнообразна - от хорошо окатанных обломков кварца до угловатых обломков, последние преобладают в породе, цемент кремнистый или кремнисто-глинистый (рис. 3). Форма и размеры обломков указывают на близкий перенос обломочного материала. Потенциальными источниками сноса на рассматриваемой территории могли послужить граниты, в том числе турмалиновые Саянского комплекса и метаморфические породы сублукской серии Бирюсинской глыбы.

Рис. 3. Микрофотографии пород карагасской серии: А, Б - аркозовый песчаник (А - в параллельных николях, Б - в скрещенных николях), увеличение 20х; В - обломки пород в песчаниках (в том числе вулканомиктовые), увеличение 40х; Г - слоистая текстура пород карагасской серии, увеличение 10х

Изучение минерального состава турмалинового гранита Саянского комплекса (междуречье Бирюсы и Тагула) показало, что породообразующие минералы имеют следующие характеристики. Кварц повсеместно имеет мелкие включения мусковита и флюорита. Среди полевых шпатов присутствуют калиевый полевой шпат, иногда с невысокими содержаниями Ва (в периферических областях до 0,1-0,2 мас. %), и плагиоклазы, которые образуют как отдельные кристаллы, так и пертиты. В центральной части калиевых полевых шпатов и раскристаллизованной массы отмечается повышенное содержание Ва до 1,8 мас. %. По составу плагиоклазы отнесены к кислым (Са < 0,2 мас. %). Среди второстепенных породообразующих минералов выделен хлорит, который не имеет идиоморфного облика и почти всегда наблюдается в сочетании с рутилом, синхизитом, ильменитом и оксидами железа. Для хлорита характерна примесь Мп до 0,5 мас. %. Акцессорные минералы представлены зональным цирконом округлой формы с примесью Ж до 1,3 мас. % и идиоморфными кристаллами турмалина, который по составу является шерлом. Апатит в породе не обнаружен.

Другой разновидностью гранитов Саянского комплекса являются бес- турмалиновые лейкограниты. Среди породообразующих также выделяется кварц, с включениями биотита, калиевых полевых шпатов (содержание Ва не обнаружено), и плагиоклазов кислого состава (Са до 0,2 мас. %). Плагиоклазы содержат антипертитовые вростки. Хлорит имеет состав, аналогичный турмалиновым гранитам, но уже в срастании с эпидотом. Рудные минералы представлены рутилом, ильменитом, оксидами железа. Из акцессорных отмечен циркон и фторапатит в срастании с хлоритом и амфиболом.

Таким образом, состав гранитов Саянского комплекса следующий: кварц, примерно равные доли калиевого полевого шпата и плагиоклаза, среди акцессориев циркон, турмалин и фторапатит, мелкие зерна рутила, синхизита, ильменита.

Петрографические исследования гнейсов сублукской серии в двух образцах (междуречье Бирюсы и Тагула) показали, что основную массу составляют биотит и мусковит, с отдельными зернами плагиоклаза. Акцессорные минералы представлены округлыми незональными зернами циркона, редко с примесью НЕ, а также магнетитом, рутилом, ильменитом, моноцитом в фторапатите и ортитом.

Крупнозернистые красноцветные песчаники базальных слоев карагасской серии (верховья р. Ухват) сложены обломками различной степени ока- танности и размерности. Основной объем обломков представлен кварцем и зональными зернами калиевого полевого шпата. В центральной части зерен калиевых полевых шпатов повсеместно присутствует Ва. Плагиоклазы среди обломков не обнаружены при изучении как в поляризационном, так и электронном микроскопах. Акцессорные минералы: различные слюды, рутил, магнетит, монацит, фторапатит и циркон.

Средняя часть разреза изучена в среднем течении р. Туманшет (образцы из коллекции д-ра геол.-минерал. наук А. Д. Ножкина). Здесь отмечены красноцветные мелкозернистые песчаники, обломки, близкие по размерности, неокатанные.

В основной массе преобладает калиевый полевой шпат при незначительном присутствии окатанных обломков кварца (менее 30 %). Химический состав, включая повышенные содержания Ва, состав включений - такой же, как и в песчаниках основания карагасской серии. Заметим, что расстояние между точками пробоотбора составляет 100 км. Акцессорные минералы: циркон, рутил, фторапатит (иногда в срастании с монацитом), монацит, хлорит.

Верхняя часть разреза изучена в районе р. Мара. Он характеризуется красноцветными среднезернистыми песчаниками с практически не окатанными обломками, основная масса которых состоит из кварца и калиевых полевых шпатов, подобных по составу зернам из нижней и средней части разреза этой серии. В крупных обломках калиевого полевого шпата установлены идиоморфные прорастания крупных включений доломита. Такая минералогическая особенность отмечена в породах Белозиминского щелочного массива, расположенного менее чем в 100 км от этого места. Редко встречаются мелкие зерна мусковита. Акцессорные минералы: циркон, фторапатиты, магнетит и графит.

Завершают разрез практически черные мелкозернистые песчаники. Среди акцессорных минералов отмечаются зерна Ми-Ре граната (альмандина), 2и хромистую шпинель, фторапатит, циркон, магнетит, рутил и монацит.

Подобная минералогическая особенность отмечена в породах Белози- минского щелочного массива, расположенного почти в 100 км от изученных выходов пород карагасской серии [Состав магм, условия..., 2007]. Среди акцессорных минералов преобладают циркон с высокими концентрациями Th, фторапатиты с повышенными содержаниями редкоземельных элементов (РЗЭ), магнетит, рутил, монацит. Установлены минералы с идиоморфной формой, где в центре находится КПШ, средняя оболочка представлена апатитом с высоким содержанием РЗЭ, внешняя оболочка - нередкоземельным апатитом. Правильные идиоморфные формы кристаллов доломита, кристаллов апатита и других минералов указывают на отсутствие их транспортировки. Это возможно при образовании данных минералов на месте, при осаждении раскаленной тефры, где хватает температуры для протекания процессов минералообразования (автометаморфизм). Особенности химического и минерального состава изученных песчаников позволяют считать, что источниками обломочного материала для них послужили продукты высококалиевого щелочного вулканизма. Как таковыми эти отложения осадочными не являются, а представляют собой вулканогенно-осадочные породы, образовавшиеся в результате эруптивного вулканизма.

Особенности литохимического и геохимического составов пород

Согласно классификации терригенных пород с использованием литохимических модулей, отложения карагасской серии характеризуются содержанием оксида магния, превышающим 3 мас. %, и значением фемиче- ского модуля (ФМ) более 0,1 и относятся к пирогенным породам. Алевролиты из верхних слоев карагасской серии по содержанию MgO также определяются как пирогенные, но в данном случае нельзя утверждать о принадлежности их к вулканогенным породам, так как часть цемента в этих породах представлена доломитом.

Средние содержания отдельных петрогенных компонентов (в мас. %) и вариации содержаний редких элементов (в г/т) показаны в табл. 1.

Таблица 1 Сравнение средних значений геохимических характеристиктерригенных отложений карагасской серии и постархейскогоглинистого сланца (PAAS)