Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2021, T. 500, № 1, стр. 5-11

ВВЕДЕНИЕ

Современные исследования, которые основаны на трековом датировании апатитов, направлены на изучение эксгумации орогенных поясов, реконструкцию источников сноса терригенного материала, установление термальной истории осадочных бассейнов и датирование фаунистически бедных разрезов [1–3]. Трековое датирование основано на подсчете плотности и замерах длин осколков спонтанного деления ядер урана (U²³⁸), накапливающихся в природных минералах в ходе геологической истории [4, 5].

В пределах Восточной Камчатки, в области конвергенции Тихоокеанской плиты и Камчатской окраины выделяется два террейна островодужной природы: Ачайваям-Валагинский и Кроноцкий (рис. 1а). Кроноцкий террейн образован вулканогенными, туфогенно-осадочными и магматическими комплексами пород позднемелового–эоценового возраста, которые обнажаются в пределах Восточных полуостровов Камчатки (п-ова Шипунский, Кроноцкий, Камчатский Мыс). В пределах террейна в районе Кроноцкого п-ова в Камчатскую зону субдукции погружается относительно теплая и легкая океаническая кора Тихоокеанской плиты с поднятием Обручева. Аккреция фрагментов коры в основании континентального склона Камчатки приводит к достаточно быстрому и высокоамплитудному поднятию и эксгумации комплексов, слагающих Кроноцкий террейн Камчатки [6]. Трековый возраст зерен апатита из разновозрастных структурно-вещественных комплексов отражает процесс их эксгумации и может быть связан с тектоническими событиями в регионе [1, 7]. В статье приводятся новые данные о возрасте детритовых зерен апатитов из вулканогенно-осадочных образований Кроноцкого п-ова и Тюшевского прогиба, что позволяет определить время эксгумации этих комплексов и по-новому трактовать аккреционные процессы на Восточной Камчатке.

Рис. 1.

Геологическая схема Кроноцкого п-ова по [9] с использованием материалов [9]. 1 – плиоцен-четвертичные рыхлые отложения и вулканиты Восточно-Камчатского вулканического пояса; 2 – горбушинская толща P₃–N₁ (тюшевская серия); 3 – богачевская ( P₃–N₁bg), чажминская (P₃ cz) и тундровская (P₂tn) свиты по [8], (песчаниковая толща по [9]); 4 – станиславская свита (P₁st); 5, 6 – кроноцкая серия (P₂kr): 5 – козловская свита; 6 – кубовская свита; 7 – каменистовская свита (K₂ cn?–km–m) и офиолитовый комплекс (K₂) (гипербазиты и габбро) нерасчлененные; 8 – надвиги; 9 – разрывные нарушения: а – недифференцированные, б – предполагаемые; 10 – район, показанный на врезке Б; 11 – место отбора образцов и номер в таблице; 12 – трековый возраст по апатиту в млн лет. На врезке Б: 13 – богачевская (P₃–N₁bg), чажминская (P₃ cz) и тундровская (P₂tn) свиты по [8], (песчаниковая толща по [9]); 14 – разрывные нарушения: а – надвиги, б –недифференцированные.

КРАТКИЙ ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ОЧЕРК

На Кроноцком п-ве преимущественно распространены верхнемеловые и палеогеновые образования (рис. 1б): каменистская свита (K₂ cn?–km–m) и кроноцкая серия (P₂). Верхнемеловые комплексы представлены базальтами и андезибазальтами, которые расслаиваются пачками туфогенно-осадочных пород. Кроноцкая серия разделяется на кубовскую и козловскую свиты. Козловская свита сложена преимущественно вулканитами основного состава с многочисленными силлами и дайками габбро и долеритов. Кубовская свита представлена преимущественно туфами и туфогенно-осадочными породами [8]. На вулканогенно-туфогенных образованиях кроноцкой серии с несогласием и размывом, часто с базальными конгломератами, залегают разновозрастные (олигоцен–миоценовые) туфо-терригенные, терригенные отложения тюшевской серии [8–10].

Вещественные комплексы Тюшевского прогиба, который протягивается более чем на 350 км в северо-восточном направлении вдоль восточного побережья Камчатки, обнажаются в нескольких изолированных выходах, шириной 5–40 км и перекрываются плиоценовыми вулканитами Восточно-Камчатского вулканического пояса. Тюшевский прогиб в разрезе имеет асимметричную структуру, где мощность отложений уменьшается в восточном направлении от Восточных хребтов в сторону Восточных полуостровов Камчатки [11, 12]. Отложения юго-восточного борта Тюшевского прогиба с несогласием перекрывают вулканогенные комплексы Кроноцкого террейна. Северо-западный борт прогиба практически повсеместно имеет тектонические ограничения и контактирует с комплексами Озерновско-Валагинского и Ветловского террейнов [9, 12, 13].

В центральной, наиболее широкой части прогиба (район Кроноцкого перешейка), выделяются две структурые зоны: внутренняя, северо-западная и внешняя, юго-восточная [8, 9, 13]. Во внутренней зоне обнажаются наиболее древние и интенсивно деформированные верхнеэоценовые и олигоцен-миоценовые толщи. Во внешней зоне породы слабо деформированы и представлены тюшевской серией олигоцен-миоценового возраста. Эоценовые и олигоцен-нижнемиоценовые отложения (тундровская и чажминская свиты) сложены конгломератами, гравелитами, проксимальными турбидитами, с прослоями пепловых туфов. Повсеместно присутствует растительный детрит [8, 9, 13]. Богачевская свита (P₃–N₁bg) представлена алевролитами, туфопесчаниками, глауконитовыми песчаниками, с прослоями туфодиатомитов, органогенных карбонатных пород, гравелитов и конгломератов [7]. Тюшевская серия (P₃–N₁) сложена флишоидным переслаиванием песчаников, туфопесчаников, алевролитов и аргиллиов, с прослоями гравелитов, пепловых туфов и ракушников [8–10].

Анализ осадочных комплексов Тюшевского прогиба показывает, что здесь развиты преимущественно прибрежно-морские и турбидитовые образования эоценового, олигоцен–раннемиоценового и миоценового возраста. Анализ обломочного материала и состава осадочных пород [9, 11, 14] позволил сделать вывод, что наряду с местным островодужным материалом присутствуют обломки, характерные для пород континентальной или субконтинентальной коры. Присутствие угля и детритовых фрагментов в отложениях прогиба указывает, что транспортировка материала осуществлялась крупными палеоречными системами [11]. Анализ структурных особенностей осадочных толщ, таких как гиероглифы, косая слоистость, конседиментационные складки [13], показал, что поступление осадочного материала происходило преимущественно с запада и северо-запада как для эоценового, так и миоценового времени. Для части пород низов разреза тюшевской серии предполагается снос обломочного материала со стороны Кроноцкого террейна [13, 14].

Наличие туфового материала в разрезе подтверждает, что на осадконакопление оказывал влияние вулканизм Центрально-Камчатского вулканического пояса [11]. Данные о поступлении обломочного материала подтверждают точку зрения о формировании Тюшевского прогиба in situ и позволяют связывать его эволюцию с формированием Камчатской окраины [13].

ОТБОР ПРОБ И ТРЕКОВЫЙ АНАЛИЗ

Отбор образцов проводился по профилям, ориентированным ортогонально простиранию основных структур на Кроноцком п-ове и в Тюшевском прогибе в районе Кроноцкого перешейка. Для проведения трекового датирования по апатитам было отобрано 60 проб из осадочных пород различного возраста и разных стратиграфических комплексов (рис. 1б, 1в, 2). Вес каждой пробы составлял около 25 кг. Максимальные содержания апатита в пробах – 3 кристалла апатита оптимального размера на 1 кг веса пробы. Только в 14 пробах содержание апатита было достаточным для проведения анализа. Зерна апатита были отобраны, отпрепарированы и облучены по стандартной методике [3–5]. Для определения трекового возраста использовался метод анализа отдельных зерен (grain-by-grain) с внешним слюдяным детектором с применением Z-калибровки (Zeta-method) [4, 5]. В табл. 1 приведены полученные трековые возраста апатитов и детали анализа (использовался совокупный возраст). Исключая образцы 4, 5 и 6, все остальные пробы прошли хи-квадрат тест (χ²-тест), который указывает присутствие одной возрастной популяции апатита [2, 15].

Трековый возраст, полученный по апатитам, значительно моложе, чем возраст осадочных комплексов, из которых они были отобраны. Можно предположить, что эти образцы находились в зоне полного отжига.

Многие из изученных образцов содержали небольшое количество зерен апатита с треками, при этом в апатитах отмечалась низкая плотность треков спонтанного деления, что связано с низким содержанием урана в породе. Поэтому была вычислена только средняя скорость эксгумации. Оценивалась средняя скорость вертикальных движений от изотермы в 110°С к поверхности без учета ускорения или замедления процесса во время эксгумации изученных осадочных комплексов. В расчетах использовался температурный интервал от изотермы в 110° С и температуры на поверхности 5°С для закрытия апатитовой системы [16].

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ДАННЫХ ТРЕКОВОГО АНАЛИЗА И ВЫВОДЫ

Полученные нами данные по трековому датированию зерен апатита из терригенных осадочных пород Кроноцкого п-ова и Тюшевского прогиба позволяют выделить три возрастные группы (см. табл. 1): 31 ± 5 (обр. 1); 11–15 (обр. 7, 8, 11 и 12); 6–9 млн лет (обр. 2, 3, 9, 10 и 13).

Образцы первой группы с наиболее древним возрастом (31 ± 5 млн лет) были отобраны из среднеэоценовых пород козловской свиты кроноцкой серии, в районе слияния рек Тюшевка и Левая Тюшевка. Породы представлены туфами основного-среднего состава и туфогенно-осадочными породами, которые с несогласием и размывом перекрываются отложениями ракитинской свиты олигоцен-миоценового возраста.

Образцы второй группы с возрастом 11–15 млн лет были отобраны из эоценовых и олигоцен-миоценовых терригенных отложений северо-западного борта Тюшевского прогиба на Кроноцком перешейке – тундровской, чажминская, богачевской свит [8] или песчаниковой толщи по [9]. Эти породы интенсивно деформированы и образуют чешуйчатую структуру, состоящую из системы перемежающихся тектонических пластин мощностью 50–150 м.

Третья возрастная группа апатитов, имеющая возраст 6–9 млн лет, характеризует разновозрастные формации, обнажающиеся в различных частях Кроноцкого п-ова (см. рис. 1, 2). Образцы были отобраны из терригенных отложений горбушинской (P₃–N₁ gr) толщи, чажминской (P₃–N₁ cz) и тундровской (P₂ tn) свит.

Рис. 2.

Схематические тектоно-стратиграфические колонки кайнозойских образований Кроноцкого п-ова (вне масштаба) с использованием [8]: I – чажминская площадь, II – конусная и ракитинская площади. 1 – турбидиты; 2 – туфы; 3 – диатомиты; 4 – туфоконгломераты; 5 – туфосилициты; 6 – мергелистые известняки; 7 – алевролиты; 8 – песчаники; 9–11 – геологические границы: 9 – стратиграфические согласные, 10 – несогласные; 11 – тектонические; 12 – место отбора образцов и номер в таблице.

В образцах 4–6 выделяется несколько популяций апатита различного возраста (см. табл. 1). Популяция апатитов с возрастом 8.0 ± 1.1, 19.3 ± ± 1.1 и 45.8 ± 5.0 млн лет (обр. 6) была выделена из олигоцен-миоценовой ракитинской толщи в районе слияния рек Малая Чажма и Ракитинская. Структурно толща является автохтоном, на который надвинут пакет чешуй, сложенных интенсивно деформированными образованиями эоцена-миоцена (тундровская, богачевская, чажминская свиты по [8] или песчаниковая толща по [9]. Образцы 4 (возраста 5.1; 8.0; 21.5 млн лет) и 5 (возраста 4.6; 11.9; 29.0 млн лет) характеризуют практически недеформированные толщи, развитые по р. Ольга и на побережье залива Ольга (табл. 1). Вероятно, породы, из которых были отобраны образцы, не подверглись полному “отжигу” в связи с тем, что они либо не погружались на достаточную глубину или находились на определенной глубине не достаточное для отжига время. Апатиты с наиболее молодым плиоценовым возрастом, вероятно, отражают время последнего остывания осадков этой толщи.

Возраст первой группы апатитов (31 ± 5 млн лет) может соответствовать начальной стадии коллизии Кроноцкой палеодуги с Камчатской окраиной и закрытием в позднеэоценовое–олигоценовое время Ветловского бассейна. К этому времени (средний эоцен) активный вулканизм в Кроноцкой палеодуге прекратился. Это событие фиксируется также по трековому возрасту детритовых цирконов из пород Тюшевского прогиба в южной части хр. Кумроч [12].

Вторая возрастная группа апатитов (15–11 млн л.), вероятно, образовалась во время более поздней стадии коллизии Кроноцкого островодужного террейна с Камчатской окраиной и формированием крупного регионального надвига (надвиг Гречишкина) [9, 12, 13]. С этим интервалом можно связать образование современной структуры Камчатки и заложение современной субдукционной зоны [13].

Третья возрастная группа апатитов (9–6 млн л.) отвечает продолжающейся в позднем миоцене коллизии в этом регионе и характеризует, возможно, новый эпизод эксгумации Кроноцкого террейна и внешнего края Камчатской окраины. Этот процесс можно связать с началом пододвигания в Камчатскую зону субдукции возвышенности Обручева северо-западного фланга Гавайско-Императорских подводных гор.

Основываясь на геологических данных и анализе деформаций в осадочных комплексах [13], коллизия Кроноцкого террейна с Камчатской окраиной началась в позднем эоцене-олигоцене и продолжалась по ранний миоцен. В этом случае новые данные по возрасту апатитов позволяют предполагать, что коллизионные процессы продолжались в позднем миоцене, возможно, плиоцене. Основные тектонические движения фиксируются в средней части Тюшевского прогиба и проявляются в эксгумации пород аллохтона (тундровская (P₂) и богачевская свиты (P₃–N₁)) и в формировании регионального надвига Гречишкина. Тектонические события, при которых комплексы аллохтона были надвинуты на терригенные отложения олигоцена-миоцена тюшевской серии, вероятно, происходили во временной интервал 6–4.5 млн лет.