Неоднородность источников кластического материала терригенных пород Таухинского аккреционного комплекса (Сихотэ-Алинь) на ранних стадиях его формирования

Песчаники северного ареала (устиновской толщи) характеризуются высокой кремнекислотностью (70,98-76,61 мас. % SiO2 при среднем содержании около 73,64 мас. %). Для пород типичны низкие содержания фемических элементов и кальция, умеренные - глинозема (таблица). Содержания щелочей варьируют в довольно широких пределах (Na2O - 2,06-3,15 мас. %; K2O -1,73-2,31 мас. %). Отношение K2O/Na2O меняется от 0,8 до 1,18.

Редкоэлементный состав пород сильно варьирует. Общей особенностью являются пониженные в сравнении со средним составом постархейского глинистого сланца (PAAS) [Тейлор, МакЛеннан, 1988] концентрации крупноионных литофильных (LILE), редкоземельных (REE) и большинства высокозарядных (HFSE) элементов (таблица). Содержания Zr, Hf и Y в наименее кремнекислых породах (70-71 % SiO2) достигают уровня, характерного для PAAS и даже превышают его (таблица), а с ростом кремне- кислотности резко снижаются. Аналогичным образом ведут себя и другие несовместимые элементы, однако вариации их концентраций не столь значительны (таблица).

Для пород характерны асимметричные спектры распределения REE (рис. 2, а) с преобладанием легких лантаноидов над тяжелыми: отношение (La/Yb)N незакономерно варьирует от 7,6 до 10. В спектрах присутствует отчетливый европиевый минимум. На мультиэлементных спектрах присутствуют отчетливые минимумы по Nb, Ta и Ti (рис. 2, b).

Для песчаников устиновской толщи характерны резко отрицательные значения sNdt (-16,3) и модельный Nd возраст около 2,0 млрд лет [Ханчук и др., 2013].

Песчаники таухинской свиты (южный ареал) характеризуются более низкой кремнекислотностью (63,74-68,88 мас. % SiO2 при среднем содержании около 66 мас. %). В сравнении с породами устинов- ской свиты они обогащены фемическими компонентами, кальцием, в меньшей степени - глиноземом. Также для них характерна натровая специализация щелочей (мас. %): Na2O 3,01-3,42; K2O 1,5-1,71; K2O/Na2O 0,44-0,56.

Редкоэлементный состав песчаников характеризуется невысокими концентрациями LILE и HFSE, пониженными как относительно PAAS, так и в сравнении с породами северного ареала, за исключением их наиболее кремнекислых разностей (таблица). Содержание РЗЭ также значительно ниже, чем в породах северного ареала (78-96 г/т). Спектры распределения РЗЭ менее дифференцированные ((La/Yb)N = 5,6-5,9), европиевый минимум проявлен слабее (рис. 2, c). Форма мультиэлементных диаграмм для песчаников таухинской свиты и устиновской толщи практически идентична (рис. 2, b, d). Закономерных изменений концентраций несовместимых элементов в зависимости из кремнекислотности пород в южном ареале не наблюдается.

Изотопный состав неодима в песчаниках таухин- /1470 /144хтд 143хт /144-х ской свиты (Sm/ Nd = 0,1279; Nd/ Nd = 0,512626 ± 9) значимо более радиогенный, чем в породах устиновской: значения sNdt положительные (+0,8), модельный Nd возраст - 0,94 млрд лет.

Обсуждение результатов

На диаграмме [Herron, 1988] для терригенных пород фигуративные точки преимущественно сконцентрированы в поле вакк. При этом составы песчаников цев относительно песчаников устиновской толщи, сотаухинской свиты смещены к области глинистых слан- ставы которых тяготеют к области лититов (рис. 3, а).

Содержания петрогенных (мас. %), редких и редкоземельных (г/т) элементов в песчаниках Устиновского субтеррейна

The content of petrogenic (wt. %), rare and rare earth (ppm) elements in the sandstones of the Ustinovsky subterrane

Примечание. 1 - постархейский австралийский глинистый сланец, 2-8 - песчаники северного ареала (устиновская толща, окрестности п. Кавалерово), 9-11 - песчаники южного ареала (таухинская свита, окрестности д. Щербаковка). Fe2O3* - суммарное железо в форме Fe2O3.

Note. 1 - post-archean australian shale, 2-8 - sandstones of the northern area (Ustinovskaya strata, environs of the village of Ka- valerovo), 9-11 - sandstones of the southern area (the Taukhinsky suite, environs of the village of Shcherbakovka). Fe2O3* - total Fe as Fe2O3.

Рис. 2. Спектры распределения редкоземельных элементов в песчаниках Устиновского субтеррейна

a, b - южный ареал; c, d - северный ареал. Спектры распределения РЗЭ нормированы по составу хондрита (Boyton, 1984), мультиэлементные диаграммы - по составу примитивной мантии [Taylor, McLennan, 1985]

Fig. 2. The REE distribution spectra in the sandstones of the Ustinovsky subterrane

a, b - southern range; c, d - northern area. The REE distribution spectra are normalized by the composition of chondrite [Boyton, 1984], multi-element diagrams - by the composition of the primitive mantle [Taylor, McLennan, 1985]

На диаграмме отношения индекса интенсивности химического выветривания (CIA) и индекса зрелости осадков (ICV) [Nesbitt, Young, 1982] песчаники северного ареала относятся к зрелым отложениям от слабо до интенсивно выветрелых. Песчаники южного ареала соответствуют незрелым отложениям (рис. 3, b). Таким образом, породы северного ареала имеют литогенную природу, в то время как песчаники таухинской свиты - преимущественно петроген- ные отложения.

На диаграмме [Roser, Korsch, 1986], предназначенной для реконструкции обстановок формирования осадочных толщ, фигуративные точки составов песчаников устиновской толщи попадают в область пассивных континентальных окраин, таухинской свиты - в поля активных континентальных окраин и океанических островных дуг (рис. 4, а). На диаграммах [Bhatia, 1983] точки составов песчаников северного ареала преимущественно сконцентрированы в поле активных континентальных окраин, южного - в поле

континентальных островных дуг (рис. 4, b). В целом перечисленные данные указывают на то, что породы северного ареала в максимальной степени соответствуют продуктам размыва рециклированных орогенов с дополнительным вкладом молодого (позднепалеозойского-раннемезозойского) магматического

материала преимущественно кислого состава. В области питания южного ареала диагностируется значительно более высокая доля низкокремнистого петрогенного ювенильного компонента.

На бинарных диаграммах (рис. 5, а-d) отчетливо наблюдаются дискретные тренды эволюции редкоэлементного состава пород с изменением их кремнекислотности. Следовательно, наблюдаемые различия вещественного состава обусловлены не различной долей в источнике кластического материала одного и того же спектра пород, а разницей в составе питающих областей осадконакопления.

Дополнительную информацию об источниках сноса осадочного материала дают результаты изучения возраста и изотопных характеристик детритовых цирконов. Эти данные для песчаников устиновской толщи и таухинской свиты опубликованы в работах [Kai et al., 2017] и [Tsutsumi et al., 2016] соответственно. Синтез данных приведен на рис. 6. Из рис. 6 видно, что песчаники обоих ареалов характеризуются близким набором возрастов детритовых цирконов. Для них характерны две группы возрастов: палеозой- мезозойские и докембрийские. Среди последних преобладают цирконы с возрастом 1 800-2 500 млн лет, встречаются единичные более древние зерна. Большая часть фанерозойской популяции цирконов имеет юрские и позднетриасовые возрасты, в подчиненном количестве присутствуют пермские, раннетриасовые, редко - девон-каменноугольные.

Анализируя распределение возрастов детритовых цирконов в песчаниках северного и южного ареалов необходимо отметить два момента. Во-первых, наиболее молодой пик цирконов для обоих ареалов имеет возраст 171-165 млн лет. Эта дата соответствует середине юрской эпохи (ааленский - батский века) и значимо древнее возраста осадочных толщ, определенного палеонтологическими методами (не древнее раннего берриаса [Коновалов, 1971]).

Рис. 3. Классификационные диаграммы для терригенных пород

а - по [Herron, 1988]; b - диаграмма ICV-CIA [Nesbitt, Young, 1982]. Песчаники: 1 - южный ареал; 2 - северный ареал

Fig. 3. Classification diagrams for terrigenous rocks

a - by [Herron, 1988]; b - ICV-CIA diagram by [Nesbitt, Young, 1982]. Sandstones: 1 - southern area; 2 - northern range

Рис. 4. Диаграммы для реконструкции геодинамических обстановок формирования

а - [Roser, Korsch, 1986]; b - [Bhatia, 1983]. Песчаники: 1 - южный ареал; 2 - северный ареал. A - пассивная континентальная окраина; B - активная континентальная окраина; C - континентальная островная дуга; D - океаническая островная дуга

Fig. 4. Diagrams for reconstruction of geodynamic formation conditions

а - [Roser, Korsch, 1986]; b - [Bhatia, 1983]. Sandstones: 1 - southern area; 2 - northern range. A - passive continental margin; B - active continental margin; C - continental island arc; D - oceanic island arc

Рис. 5. Диаграммы эволюции редкоземельного состава пород Устиновкого субтеррейна

Песчаники: 1 - южный ареал; 2 - северный ареал

Fig. 5. Rare-earth evolution diagrams of Ustinovsky subterrane rocks

Sandstones: 1 - southern area; 2 - northern range

Рис. 6. Распределение U-Pb возрастов цирконов из песчаников Устиновского субтеррейна северного и южного ареалов

Песчаники: 1 - южный ареал; 2 - северный ареал

Fig. 6. Distribution of U-Pb zircon ages from sandstones of the Ustinovsky subterrane of the northern and southern ranges Sandstones: 1 - southern area; 2 - northern range

В пробе Sal-58 песчаника устиновской толщи (северный ареал) обнаружено также три более молодых зерна цирконов (145, 156 и 163 млн лет), однако они не образуют единого кластера и, как следствие, не маркируют сколько-нибудь масштабного эндогенного события. Из всего вышеизложенного можно сделать вывод, что начальные стадии формирования Таухинского аккреционного комплекса (образование Устиновского субтеррейна, берриас) не сопровождались активным вулканизмом.

Второй момент, который необходимо принять во внимание, состоит в резком различии количественного соотношения молодых и древних цирконов в породах устиновской толщи и таухинской свиты. В северном ареале цирконы фанерозойского возраста составляют до 60 % изученной популяции, причем половина из них имеет позднетриасовый - юрский возраст. В породах южного ареала, напротив, преобладают докембрийские цирконы, в то время как доля зерен мезозойского возраста не превышает 15 % (см. рис. 6).

Изотопный состав гафния в триас-юрских цирконах северного ареала демонстрирует резкое преобладание низких отрицательных значений sHft (-9... -23) и древние (>6 млрд лет) модельные Hf возрасты [Kai et al., 2017]. Как следствие, необходимо предполагать, что это цирконы кислых магматических пород, образованных при плавлении древней (па- леопротерозойской) континентальной коры.

Сравнение данных по двум изученным ареалам выявляет несоответствие геохимических и изотопных характеристик пород, с одной стороны, и возрастов содержащихся в них детритовых цирконов - с другой. Более низкая кремнекислотность и калиевость, преобладание петрогенных пород, пониженные содержания несовместимых элементов и относительно радиогенный состав неодима в песчаниках южного ареала указывают на значительную роль в их источнике деплетированного компонента с "ювенильными" изотопными характеристиками, представленного магматическими породами. В то же время доля фанерозойских (в первую очередь мезозойских) цирконов в этих породах существенно ниже, чем в песчаниках северного ареала.

С точки зрения авторов, такое противоречие может иметь только одно объяснение: "ювенильные" магматические породы, входившие в число источников кластического материала песчаников южного ареала, должны были содержать значительно меньшее количество циркона, нежели обычные гранитоиды и/или кислые вулканиты, преобладавшие в источнике пород устиновской толщи (либо не содержать его вовсе). Общеизвестно, что минимальные содержания цирконов характерны для основных и ультраосновных пород нормальной щелочности. Подобные породы широко распространены на активных окраинах континентов, и есть все основания рассматривать в качестве дополнительного источника кластического материала именно их. Имеющиеся данные позволяют оценить, в первом приближении, состав этих пород.

Песчаники таухинской свиты характеризуются невысокими концентрациями магния и глинозема, что позволяет уверенно исключить из списка вероятных источников кластики кумулусные ультрабазиты (дуниты, пироксениты или анартозиты). Широкое распространение в осадках древних цирконов указывает на континентальную природу блока, под который происходило погружение океанической литосферы. Следовательно, толеитовые и (или) бонинитовые вулканические серии, типичные для океанических дуг, также могут быть исключены из рассмотрения. Концентрации HFSE и РЗЭ в песчаниках с ростом кремнекислотности изменяются достаточно слабо, степень избирательного обеднения высокозарядными элементами (Nb, Ta, Ti) также практически не зависит от кремнекислотности пород и не отличается значимо от наблюдаемой в породах устиновской толщи. Следовательно, искомые породы должны иметь умеренные (близкие к кларковым для базальтов) концентрации несовместимых элементов и обладать "островодужными" геохимическими метками. Этим условиям в максимальной степени отвечают известково-щелочные базальты и андезибазальты (либо их интрузивные аналоги), которые и являются наиболее вероятным источником "ювенильного" материала.

Вопрос о возрасте этого "ювенильного" материала остается открытым. Как правило, известковощелочные базальты и андезибазальты (и, тем более, габброиды) все же содержат небольшие количества циркона. Отсутствие в проанализированной выборке цирконов с возрастом моложе 170 млн лет позволяет предположить юрский возраст основных пород (на этом этапе субдукция океанической литосферы под край континента происходила вдоль всей Тихоокеанской окраины Азии). Однако окончательное решение этого вопроса требует дополнительных исследований.

Заключение