Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2023, T. 509, № 2, стр. 184-189

Процессы образования и эволюции континентальной коры в течение истории Земли оставались и остаются в центре внимания геологов. В фанерозойское время эти процессы были связаны с конвергентными геодинамическими обстановками [1] и, соответственно, с внутриконтинентальными орогенными поясами, возникавшими на месте закрывшихся палеоокеанов. Центрально-Азиатский орогенный пояс (ЦАСП) является примером аккреционного орогена, сформированного в результате тектонического совмещения (аккреции) островодужных комплексов, аккреционных призм, а также офиолитов, вулканогенно-осадочных комплексов океанических плато и задуговых бассейнов [2]. Все перечисленные породные комплексы имеют мантийное происхождение и представляют собой ювенильную кору, которая вовлекается при аккреции в процессы гранитообразования. Этот вывод подкрепляется тем, что наиболее яркой чертой гранитоидов Центральной Азии являются преобладающие положительные ε_Nd(t) и молодые модельные возрасты T_Nd(DM) [3–5]. Было предположено, что ЦАОП представляет собой наиболее значительную структурно-вещественную “единицу” роста континентальной коры в фанерозойское время [5]. Однако позднее было показано, что значительная часть островодужных комплексов ЦАОП не могут считаться в полной мере ювенильными, т.к. они формировались на более древней континентальной коре или с добавкой более древнего рециклированного осадочного материала [6]. Таким образом, выяснение соотношения ювенильного и более древнего рециклированного вещества является важнейшим параметром, определяющим историю формирования коры внутриконтинентальных орогенных поясов.

Монголо-Охотский орогенный пояс (МОП) является одной из важнейших структур ЦАСП [7] (рис. 1). В Забайкальской части МОП представлены наиболее полно сохранившиеся фрагменты островодужных комплексов, а также весь спектр образований его аккреционной призмы, что позволяет провести оценку соотношения ювенильного и рециклированного осадочного материала в коре этого орогена. Наиболее представительными фрагментами ювенильной коры в этой части МОП являются образования Каменского островодужного террейна, а также уртуйской вулканогенно-осадочной свиты [8] (рис. 1). Каменский террейн является индикатором зоны субдукции вдоль северо-западной (в современных координатах) окраины МОП с падением под Сибирский палеоконтинент, а отложения уртуйской свиты свидетельствуют о существовании субдукционных процессов на окраине Аргунского супертеррейна, обрамлявшего МОП с юго-востока.

Рис. 1.

Схема положения Монголо-Охотского орогенного пояса в структуре Центрально-Азиатского орогена, а также соотношения террейнов в центральной части МОП по [7, 8]. 1 – Западно-Становой террейн (ЗСТ); 2 – Каменский островодужный террейн (КМ); 3 – Ононский террейн аккреционного клина (ОН); 4 – Аргунский супертеррейн (АРГ); 5 – отложения уртуйской свиты; 6 и 7 – надвиги и разломы, ограничивающие МОП; 8 – положение объектов исследования: 1 – каменская свита; 2 – уртуйская свита.

В составе Каменского террейна объединены интрузии береинского габбро-диорит-тоналитового комплекса и тесно пространственно связанные с ними вулканогенно-осадочные образования каменской свиты [9]. Последняя представляет собой переслаивание осадочных пород – вулканомиктовых конглобрекчий и гравелитов, а также туфопесчаников и туфоаргиллитов, с вулканитами базальт-андезибазальт-андезит-дацит-риолитовой серии. Вулканиты претерпели глубокие зеленокаменные изменения. Разрезы свиты характеризуются резкой изменчивостью и распределение вулканитов в них неравномерное. Габбро и диориты Береинского комплекса тесно пространственно связаны с вулканогенно-осадочной толщей, образуя в ней дайки, многочисленные апофизы и мелкие интрузивные тела. В результате изотопного датирования габбро-диоритов по цирконам U–Pb-методом на SHRIMP-II (Центр изотопных исследований ВСЕГЕИ) был получен возраст 254.3 ± 5.1 млн лет [10], что соответствует поздней перми. Это позволяет принять и возраст вмещающей вулканогенно-осадочной толщи как позднепермский. Вулканиты свиты принадлежат к серии нормальной суммарной щелочности и умеренной калиевости. Немногочисленные составы базальтов попадают в категорию субщелочных. Нормированные спектры распределения редких земель в базальтах, андезибазальтах, андезитах и риолитах являются умеренно обогащенными – La/Yb_(N) = 1.96–4.31. Мультикомпонентная диаграмма базальтов каменской свиты (рис. 2) демонстрирует характеристики, типичные для островодужных вулканитов – высокий уровень накопления K, Rb, Ba, Sr, Ba и резкое преобладание LILE над HFSE, что является характерным признаком пород, связанных своим происхождением с зоной субдукции.

Рис. 2.

Мультикомпонентная диаграмма для базальтов каменской (1) и уртуйской (2) свит. В качестве эталонов островодужных базальтов показаны составы базальтов вулкана Толбачик нормальной калиевости (3) и высококалиевого (4) по [11]. Нормирование проводилось к составу примитивной мантии по [12].

Уртуйская свита сложена туфопесчаниками, туфоалевролитами, аркозовыми и граувакковыми песчаниками, с которыми нередко ассоциируют яшмоиды и кремнистые породы, линзы известняков, иногда – основные и кислые вулканиты. Возраст свиты обоснован биостратиграфически и соответствует раннему карбону [13]. Отложения свиты характеризуются большим разнообразием типов разрезов и их изменчивостью по латерали. Вулканиты уртуйской свиты представлены преимущественно базальтами, претерпевшими зеленокаменные изменения. Более кислые разности вулканитов присутствуют в резко подчиненном количестве. Базальты принадлежат к серии как нормальной суммарной щелочности, так и к субщелочной. Большинство их составов являются умеренно калиевыми при подчиненном количестве высококалиевых разностей. Нормированные спектры распределения редких земель являются слабо и умеренно обогащенными – La/Yb_(N) = = 0.98–1.83. Для высококалиевых разностей характерны более дифференцированные спектры распределения лантаноидов La/Yb_(N) = 4.62–7.04. Мультикомпонентная характеристика базальтов уртуйской свиты в полной мере соответствует породам субдукционных обстановок (рис. 2).

Таким образом, вулканиты как каменской, так и уртуйской вулканогенно-осадочных свит являются производными островодужного магматизма и представляют собой ювенильную составляющую в составе континентальной коры Монголо-Охотского орогенного пояса.

Изотопные Sm–Nd-исследования вулканитов и вулканогенно-осадочных пород каменской и уртуйской свит были проведены в Центре коллективного пользования изотопно-геохимических исследований ИГХ СО РАН (г. Иркутск) с использованием многоколлекторного масс-спектрометра с индуктивно связанной плазмой (MC-ICP-MS) NEPTUNE Plus по методике [14]. Полученные результаты, представленные на (рис. 3), позволяют оценить характеристики ювенильной коры в Забайкальском секторе МОП, а также масштабы возможного участия ее вещества в формировании осадков аккреционного клина пояса. Для оценки величин модельного возраста T_Nd(DM) в породах вулканогенно-осадочных толщ использовались разности пород с величиной ¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd < 0.14.

Рис. 3.

Диаграмма ε_Nd – Возраст для пород вулканогенно-осадочных и интрузивных образований Забайкальской части Монголо-Охотского орогенного пояса. 1 – граниты урулюнгуевского комплекса Аргунского супертеррейна [15]; 2 – метаосадочные породы Даурской серии Аргунского супертеррейна [16]; 3 – метаосадочные породы ононской свиты Ононского террейна аккреционного клина; 4 – метаосадочные породы чиндантской свиты Ононского террейна аккреционного клина; 5 – метаосадочные породы усть-борзинской свиты Ононского террейна аккреционного клина; 6 – вулканиты уртуйской свиты; 7 – осадочные породы уртуйской свиты; 8 – вулканиты каменской свиты; 9 – осадочные породы каменской свиты; 10 – тренд эволюции во времени изотопного состава Nd магматических и метатерригенных пород Аргунского супертеррейна. Границы областей коровой эволюции изотопного состава Nd даны по [17].

Весь спектр вулканитов каменской свиты от базальтов до риолитов имеют положительные величины ε_Nd(254МА) = +1.4–(+3.8) и T_Nd(DM) = 896–920 млн лет. Величины ɛ_Nd(350МА) в базальтах уртуйской свиты так же положительны и лежат в пределах +1.7–(+6.0) при T_Nd(DM) = 773–939 млн лет. Таким образом, величины ε_Nd(t) в островодужных вулканитах обеих свит указывают на непосредственную связь этих магматических образований с деплетированным изотопным мантийным источником. В то же время величины T_Nd(DM) вулканитов, лежащие в пределах 773–939 млн лет и заметно превышающие оценки геологического возраста пород, могут служить указанием на некоторое влияние рециклированного осадочного материала, вовлекавшегося в процессы магмогенерации в процессе субдукции.

Поступление ювенильного вулканогенного материала в бассейн осадконакопления должно было сказаться на изотопных характеристиках осадков, накапливавшихся вблизи островных дуг и (или) активных континентальных окраин. Туфоалевролиты каменской свиты имеют положительные значения ε_Nd(254МА) = +2.8–(+3.5) при T_Nd(DM) = 938–993 млн лет, что полностью сопоставимо с изотопными характеристиками вулканитов и указывает на ювенильный характер источника вещества осадков. В отличие от осадочных пород каменской свиты, исследованные туфоалевролиты уртуйской свиты имеют более низкие величины ε_Nd(350МА) = +1.0–(–3.4) при существенно более древних модельных Nd-изотопных возрастах – T_Nd(DM) = 1142–1408 млн лет. Это свидетельствует о существенной доле более древнего рециклированного корового вещества в источнике сноса уртуйской свиты по сравнению с каменской. Таким источником могли служить позднерифейские образования Аргунского террейна, представленные гранитоидами урулюнгуевского комплекса и осадочными отложениями даурской серии. Гранитоиды характеризуются ε_Nd(800МА) = –0.4–(–1.7) при T_Nd(DM) = 1550–1720 млн лет [15], тогда как метаосадочные породы имеют ε_Nd(t) = –2.0–(–7.0) при T_Nd(DM2) = 1657–2063 млн лет [16] (рис. 3).

Более широко масштаб добавленного рециклированного корового вещества в бассейн осадконакопления может быть определен благодаря привлечению данных об изотопном составе Nd в метаосадочных породах аккреционного клина МОП (рис. 3). Последний представлен главным образом породами ононской, чиндантской и усть-борзинской свит, объединенными в составе Ононского террейна [8]. Возраст первой свиты может быть определен как ордовикский [18], а двух других – как девонский [19]. Изотопный состав Nd в этих породах характеризуется главным образом отрицательными величинами ε_Nd(t) = = ‒0.3–(–7.0) при T_Nd(DM–2) = 1100–1770 млн лет, что свидетельствует о присутствии значительной доли рециклированного корового вещества, сопоставимого с позднерифейскими образованиями Аргунского террейна. Некоторая часть метаосадочных пород имеет слабоположительные значения ε_Nd(t) = +0.7–(+2.0), что является признаком присутствия ювенильной коровой компоненты.

Проведенные Sm–Nd-изотопные исследования вулканитов островодужной природы каменской и уртуйской свит Забайкальской части МОП позволяют определить параметры ювенильной коры орогенного пояса, которая характеризуется положительными величинами ε_Nd(t) и модельными возрастами T_Nd(DM) < 1000 млн лет. Эта оценка в полной мере согласуется с Sm–Nd-изотопными характеристиками ювенильной коры ЦАОП [20]. В составе метаосадочных пород аккреционного клина МОП существенно преобладает рециклированное коровое вещество, источником которого, вероятно, являются позднерифейские комплексы Аргунского супертеррейна.