Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2021, T. 499, № 1, стр. 42-48

Южно-Анюйская сутура (ЮАС) образована в результате коллизии Чукотского микроконтинента с Азиатским континентом. Вдоль северной и южной границ ЮАС выделяются позднеюрско-раннемеловые вулканогенно-осадочные комплексы. Их формирование связывают с процессами субдукции. Вдоль южного обрамления данные комплексы относят к Олойскому окраинно-континентальному поясу, заложенному на Азиатском континенте [3–5].

Вулканогенно-осадочные комплексы северной части ЮАС остаются плохо изученными, и относительно их тектонической позиции и происхождения существуют различные точки зрения [1, 2, 4, 5, 7–10].

В основании вулканогенно-осадочных пород северной части ЮАС залегает толща, сложенная базальтами, андезитами, туфами основного–кислого состава и тонкообломочными терригенными породами. Возраст толщи определен как оксфорд-кимериджский по единичным находкам бухий [9]. Выше залегают титон-раннемеловые вулканогенно-терригенные, терригенные и вулканические (базальты-дациты и их туфы) породы. Все породы прорваны многочисленными интрузивными телами нескольких генераций. Апт-позднемеловые интрузивные тела неплохо изучены, поскольку связаны с промышленной золотоносностью. Помимо меловых даек, в работе [9] выделяется позднеюрский габбро-плагиогранитовый плутонический комплекс, возраст которого определяется приуроченностью к позднеюрским вулканитам, данные о составе отсутствуют.

По мнению [4, 6], вулканогенно-осадочные породы оксфорда-позднего мела образуют непрерывный стратиграфический разрез, который был включен в состав позднеюрской-раннемеловой Нутесынской дуги, сформированной на краю Чукотского микроконтинента [4–6, 10, 16]. Позже в работах [1, 7–9] вулканогенно-осадочные породы оксфорд-кимериджа были выделены в отдельный комплекс (Кульпольнейский [8] /Кораньвеемская толща [9]), сформировавшийся в пределах Кульпольнейской энсиматической дуги с погружением зоны субдукции от Чукотского микроконтинента. Апт-раннемеловые вулканические породы основного–кислого состава были исключены из островодужного разреза и отнесены к наложенной Нутесынской депрессии. При этом отмечалось, что возраст верхней части разреза Кульпольнейского комплекса не был установлен. В работе [2] была предложена модель, согласно которой оксфорд-кимериджская энсиматическая Кульпольнейская дуга была аккретирована к краю Чукотского микроконтинента, где с титона по берриас с несогласием развивалась окраинно-континентальная Нутесынская дуга.

Рис. 1.

Схема основных структурных элементов Южно-Анюйской сутуры и ее обрамления по [7] с изменениями. 1 – палеозой-мезозойские вулканогенно-осадочные отложения Алазейско-Олойской складчатой системы; 2 – габбро-перидотиты; 3–4 – Южно-Анюйская сутура: 3 – осадочные, вулканогенно-осадочные комплексы, палеозой-мезозой; 4 – вулканогенно-осадочные породы, оксфорд-кимеридж (Кульпольнейский комплекс); 5 – триасовые турбидиты пассивной окраины Чукотского микроконтинента, входят в состав Анюйско-Чукотской складчатой системы; 6–7 – апт-раннемеловые пост-коллизионные впадины: 6 – Нутесынская впадина; 7 – другие впадины; 8 – район работ.

Главной задачей настоящего исследования является изучение вулканических пород Кульпольнейского комплекса и связанных с ним даек с целью определения геодинамических обстановок их формирования и возраста. Полученные данные позволят опровергнуть или подтвердить существующие модели тектонического развития северной части ЮАС в юрско-меловое время.

Исследования проводились в междуречье Кульпольней-Нутесын (рис. 2). В восточной части (бассейн р. Кораньвеем) преобладают туфы основного и среднего состава, потоки гиалокластитов, подчиненное положение занимают потоки (мощностью 5–25 м) базальтов и андезитов. Встречаются редкие прослои (до 4 м) тонкозернистых черных и серых аргиллитов. В туффитах обнаружены бухии кимеридж-титонского возраста [9]. Вулканиты обладают массивной, миндалекаменной текстурами и подушечной отдельностью. В межподушечном пространстве часто отмечаются бордовые кремнистые породы. К западу (междуречье Прав. и Лев. Кульпольней) увеличиваются частота и мощность (до 40–50 м) покровов подушечных базальтов. По оценкам [9] общая мощность толщи 850–1100 м. В породах отмечаются зоны дробления южного падения, вероятно, соответствующие плоскостям надвигов. В пределах пород Кульпольнейского комплекса замков складок отмечено не было, слоистые пачки круто падают на юг. Вышележащие титонские вулканогенно-обломочные породы смяты в наклонные складки, осевые поверхности падают на юго-запад под углами 40°–80°, шарниры погружены на северо-запад под углами до 20°. Вулканогенные толщи апт-раннего мела со структурным несогласием залегают на позднеюрских вулканогенно-осадочных и осадочных породах.

Рис. 2.

Схема геологического строения Стадухинского сегмента Южно-Анюйской сутуры [7, 8]. 1 – палеозой-мезозойские породы Яракваамского террейна Алазейско-Олойской складчатой системы; 2 – триасовые породы Анюйско-Чукотской складчатой системы; 3–9 – Южно-Анюйская сутура: 3 – терригенные породы, верхний триас; 4 – терригенные породы, нерасчлененные, верхний триас и ранний мел; 5 – терригенные породы, ранняя юра; 6 – вулканогенно-осадочные породы, оксфорд-кимеридж (Кульпольнейский комплекс); 7 – вулканогенно-обломочные породы, титон; 8 – микститы, вулканогенно-терригенные и терригенные породы: а – поздняя юра–ранний мел, б – титон; 9 – терригенные породы, ранний мел (левотеньвельвеемская толща); 10 – вулканогенно-осадочные породы, апт-поздний мел; 11–12 – интрузивные породы: 11 – дайки диоритов, плагиогранитов, берриас; 12 – гранитоиды, апт-поздний мел: а – дайки; б – штоки; 13 – точки опробования изученных пород и их номера: а – эффузивные породы, б – туфы, в – дайки; 14 – разрывные нарушения: а – надвиги, б – разломы; 15 – несогласные взаимоотношения пород; 16–19 – элементы залегания слоистости и вулканических потоков: 16 – наклонное; 17 – опрокинутое; 18 – вертикальное; 19 – горизонтальное.

Вулканические породы оксфорд-кимериджа прорваны дайками, которые секут подушечную отдельность и подчеркнуты эндоконтактовыми зонами мощностью до 5 м. Были выделены две фазы. Дайки первой фазы катаклазированы и деформированы вместе с вмещающими вулканитами. Дайки падают на юго-запад под углами 50°–65°, их мощность 3–7 м по простиранию прослеживается до 40 м. Породы представлены долеритами, диорит-порфирами, плагиогранит-порфирами. Возраст и состав даек первой фазы рассмотрены в статье. Ко второй фазе отнесены дайки кислого состава. Они не катаклазированы, предположительно относятся к апт-позднемеловым интрузиям.

Составы изученных пород приведены в приложении 1.

Вулканические породы Кульпольнейского комплекса представлены базальтами, андезибазальтами и андезитами. Текстура пород миндалекаменная, массивная. Структура порфировая, редко афировая. Структура основной массы – микролитовая, гиалопилитовая. Вкрапленники (15–35%) представлены плагиоклазом (70–100% от всего объема вкрапленников) и пироксеном (0–30%). Иногда вкрапленники замещены эпидотом и хлоритом. Основная масса представлена микролитами плагиоклаза, клинопироксена и девитрифицированным вулканическим стеклом. Содержание рудного минерала доходит до 10%. По составу обломков выделяются лито-витрокластические, лито-кластические и кристаллокластические туфы. Кристаллокласты чаще всего представлены плагиоклазом, реже обломками пироксена. Литокласты представлены фрагментами базальтов и андезитов размеров от 0.3 до 15–20 см. Матрикс (около 10–15%) вулканогенный, часто замещен вторичными минералами (эпидот, кальцит, хлорит).

По соотношению SiO₂ и K₂O большинство эффузивов и туфов соответствуют низкокалиевой островодужной толеитовой серии. По содержанию SiO₂ вулканиты отвечают базальтам (n = 7/13), андезибазальтам (n = 5/13) и андезитам. Составы туфов отвечают в основном андезибазальтам (n = 3/5), а две точки их составов попадают в поля андезитов и дацитов. Все вулканические породы характеризуются низкой и умеренной магнезиальностью (Mg* = 29–69). На диаграмме AFM [12] составы пород отвечают толеитовому тренду. Породы умеренно глиноземистые (Al₂O₃ = 13.5–17.8 мас. %). Содержание TiO₂ колеблется от 0.8 до 2.6 мас. %, при среднем (n = 22) значении 1.4 мас. %.

Особенности распределения РЗЭ соответствуют островодужному типу с преобладанием легких над средними и тяжелыми РЗЭ (La/Yb = 1.5–3.1; La/Sm = 1.2–2.6), при умеренной концентрации РЗЭ (La + Sm + Yb = 8.7–22.4 г/т) (рис. 3а).

Рис. 3.

Хондрит-нормализованные распределения РЗЭ (а) и спайдерграммы редких элементов, нормированных на состав N-MORB (б). Значения для нормирования [18]. 1–2 – усредненные составы вулканических пород Кульпольнейского комплекса: 1 – вулканиты (n = 15), 2 – туфы (n = 5); 3 – доаптские дайки (n = 7); 4 – область составов Марианской дуги по [11].

Мультиэлементные спектры однотипны и сходны со спектрами вулканитов Марианской дуги, отмечаются преобладание крупноионных литофильных элементов над высокозарядными, Nb–Ta- и P-отрицательные аномалии и Pb-положительная аномалия (см. рис. 3б). На диаграмме зависимости Th/Yb–Ta/Y [17] фигуративные точки составов вулканитов широко разбросаны вдоль оси значений Th/Yb и попадают в поля вулканитов рифтогенных и спрединговых зон задуговых бассейнов и вулканитов энсиматических дуг. Для туфов отмечаются более высокие значения Th/Yb, что сближает их с составами вулканитов энсиматической дуги (рис. 4).

Рис. 4.

Th/Yb–Ta/Yb диаграмма по [17]. 1–2 – составы вулканических пород Кульпольнейского комплекса: 1 – вулканиты (n = 15), 2 – туфы (n = 5); 3 – доаптские дайки (n = 7); 4–6 – составы Марианской островодужной системы [17]: 4 – спрединговый центр задугового бассейна; 5 – рифтовые зоны задугового бассейна; 6 – островная дуга.

Вулканические породы характеризуются положительными значениями εNd (+7.4...+10.0), отношение ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd практически не меняется (0.513008–0.513133), содержание радиогенного Sr 0.702730–0.703908. Изотопные отношения Nd и Sr близки к конечному компоненту HIMU.

Доаптские дайки представлены долеритами, диорит-порфирами, кварцевыми диорит-порфирами и плагиогранит-порфирами. Породы обладают массивной текстурой. Структура разнообразна: преобладает гипидиоморфнозернистая структура, реже наблюдаются порфировая, порфировидная, гломеропорфировая и катакластическая структуры. Долериты, диорит-порфиры и кварцевые диорит-порфиры сложены плагиоклазом (50–70%), пироксеном (30–50%), амфиболом (0–7%) и кварцем (0–10%). Плагиогранит-порфир состоит из вкрапленников плагиоклаза (40–60%) и кварца (30–40%). Также присутствует калиевый полевой шпат (до 5%). Основная масса состоит преимущественно из зерен кварца неправильной формы (80%) и микролитов плагиоклаза (10%), интерстиции заполнены ксеноморфными выделениями роговой обманки (10%).

По соотношению SiO₂ и K₂O породы занимают промежуточное положение между толеитовой и известково-щелочной сериями. Они характеризуются низкой и умеренной магнезиальностью (Mg* = 30–59). Содержания TiO₂ изменяются от 0.3 до 1.1 мас. %, Al₂O₃ от 14 до 20.4 мас. %.

Содержания рассеянных и редкоземельных элементов сходны с ранее описанными вулканитами. Отмечается более высокая степень обогащения крупноионными литофилами относительно высокозарядных элементов. На диаграмме Th/Yb–Ta/Yb (Pearce, et al., 2005) фигуративные точки составов даек находятся в поле вулканитов энсиматических островных дуг (см. рис. 4).

Дайки обладают сходными с вулканитами оксфорд-кимериджа изотопными характеристиками радиогенного Nd (εNd = +7.2...+7.4; ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd = = 0.512975–0.512988).

U–Th–Pb-датирование акцессорных цирконов осуществлялось на вторично-ионном микрозонде SHRIMP-II в центре изотопных исследований ВСЕГЕИ по стандартной методике [14]. Обработка полученных данных и построение графиков осуществлялись с использованием программ SQUID и ISOPLOT/Ex [15]. Цирконы не удалось выделить из вулканических пород, и они были выделены из кварцевого диорит-порфира и плагиогранит-порфира (табл. 2 ). Все зерна цирконов имеют призматическую форму и осцилляторную зональность. Конкордантные значения возраста составляют 140 ± 1 и 143 ± 1 млн лет (приложение 2) (рис. 5).

Рис. 5.

Диаграммы с конкордией для цирконов из даек, рвущих вулканические породы Кульпольнейского комплекса.

Представленные данные указывают, что вулканические породы оксфорд-кимериджа были сформированы в надсубдукционной обстановке из обедненного мантийного источника и сходны с вулканитами Марианской островодужной системы (рис. 4). С вулканитами задугового спрединга изученные породы сближает высокое содержание TiO₂ (0.8–2.6 мас. %), что не характерно для вулканитов островных дуг (например, [19]). Геологическое строение вулканогенно-осадочных пород Кульпольнейского комплекса скорее указывают на их образование в пределах островной дуги: 1) в современной структуре породы образуют линейно вытянутые выходы; 2) отсутствуют осадочные породы достаточной мощности, характерные для задуговых бассейнов; 3) широко распространены пирокластические, крупнообломочные разности.

Сделанные выводы противоречат модели, где в поздней юре–раннем мелу на краю Чукотского микроконтинента реконструируется континентальная окраина [4, 10, 16], и подтверждают, что, по крайней мере, до кимериджа существовала внутриокеаническая островодужная система. Структурное положение и внутриокеаническая природа надсубдукционного вулканизма подтверждают принадлежность пород Кульпольнейского комплекса к структурам ЮАС.

Возрасты даек диоритов и плагиогранитов первой фазы указывают на их раннемеловой, берриасский возраст. Для ЮАС неизвестны магматические породы данного интервала. Составы петрогенных и рассеянных элементов берриасских даек и оксфорд-кимериджских вулканитов сходны между собой, что указывает на их общий источник и позволяет предполагать формирование в единой геодинамической обстановке. Если данное утверждение верно, то возрастной предел Кульпольнейской внутриокеанической зоны субдукции становится существенно более молодым [1, 7–9]. Это противоречит модели [2], где выделяются оксфорд-кимериджский внутриокеанический и титон-берриасский окраинно-континентальный надсубдукционный вулканизм. Данный вывод носит предварительный характер и требует дополнительных подтверждений.