Введение к работе
Актуальность исследований
Начиная со второй половины прошлого века, изучение осадочных комплексов
складчатых областей стало одним из главных направлений современной литологии. При этом большое внимание уделялось связи осадконакопления и тектоники (Батурин, 1937; Рухин, 1947; Шутов, Коссовская, 1955; Коссовская, 1962; Шапиро и др., 1973, 1992; Япаскурт, 1992; Лукьянова, 1995; Чамов и др., 1996; Маркевич и др., 1989, 2000; Morton et al., 1992, 1994; Garzanti et al., 2000, 2003, 2004; Willner et al., 2003 и многие другие). Однако большинство работ, ставших уже классическими, опиралось на геосинклинальную концепцию (Пустовалов, 1956; Coombs et al., 1959; Коссовская, 1962; Копелиович, 1965; Фролов, 1965; Шванов, 1984, 1987; Kubler, 1967; Логвиненко, 1968; Шутов, 1960, 1975; Симанович, 1978; Япаскурт, 1992). Со сменой тектонической парадигмы и переходом на актуалистические модели тектоники плит осадконакопление и история формирования осадочных бассейнов стали рассматриваться во взаимосвязи с геодинамическими обстановками. Примером подобных исследований является ряд отечественных и зарубежных работ, в которых применены современные литологические методы исследования в комплексе с данными стратиграфии, тектоники и петрологии, и позволяющие решать проблемы эволюции осадочных бассейнов и геодинамического развития региона (Буалло, 1985; Конюхов, 1987; Курносов, 1984; Обстановки осадконакопления, 1990, 1992; Худолей, 2004; Кориковский и др., 1995; Лукьянова, 1995; Романовский, 1998; Гаврилов и др., 1999; Буякайте и др., 2003; Чамов, Курносов, 2001; Кринари и др., 2002; Garzanti et al., 2002; Willner et al., 2003; Zimmerman, Bahlburg, 2003; Mader, Neubauer, 2004; Симанович и др., 2004; Япаскурт, 1999; 2005; Кориковский и др., 2005; Петрова, 2005; Кузьмичев и др., 2006; Srodon et al., 2006; Garzanti, 2007).
В последние годы было показано, что не только седиментогенез, но и процессы преобразования осадков в породу осуществляются по разным сценариям, обусловленными геодинамическими режимами (Симанович, 2002; Симанович, Япаскурт, 2002; Симанович и др., 2004). В тоже время из-за сложности преобразований пород в складчатых областях, этот раздел литологии остается одним из слабо разработанных, несмотря на прогресс, достигнутый в разработке этой проблемы (Копелиович, 1965; Коссовская, 1962; Копелиович, 1965; Шутов, 1975; Симанович, 1978; Япаскурт, 1992, 1999; Лукьянова, 1995 и др.). Вопросы постседиментационных преобразований, вызванных кратковременными, но интенсивными импульсами тектонических деформаций оставались на втором плане. В связи с этим актуальной задачей становится не только выяснение особенностей преобразований
пород на фоне и во взаимосвязи с тектоническими процессами, но и приведение в соответствие базовых положений литогенеза и современных геодинамических моделей.
Представленная работа является продолжением направления исследований Геологического института РАН, рассматривающего в неразрывной связи процессы накопления осадков и их вторичные преобразования (Коссовская, 1962; Граувакки, 1972; Кристаллохимия минералов..., 1975; Шутов, Коссовская, 1976; Симанович, 1978, 2004; Копорулин, 1992; Гаврилов, 1992, 2005; Гаврилов и др., 1999; Петрова, 2005 и др.). В качестве предмета исследований выбраны осадочные отложения пассивных и активных континентальных окраин, история формирования которых прослежена начиная от накопления осадков и до образования покровно-складчатых структур.
Цели и задачи исследований
Целью настоящего исследования является выявление закономерностей процессов
седиментации и постседиментационных преобразований осадочных отложений в различных геодинамических обстановках - в условиях пассивных и активных континентальных окраин, а также при смене геодинамических режимов. Для достижения поставленной цели потребовалось решение ряда задач, основными из которых являются:
1. Сбор и систематизация материалов по истории формирования осадочных бассейнов
пассивных и активных континентальных окраин.
2. Выявление фациальной зональности, минерального состава, геохимических и
изотопно-геохронологических характеристик, постседиментационных преобразований
изучаемых комплексов и сравнение с эталонными объектами континентальных окраин.
-
Установление постседиментационной зональности в пространстве и во времени для отложений, сформировавшихся в различных палеоландшафтах, и выявление закономерностей постседиментационных преобразований в рассматриваемых регионах.
-
Сравнительный анализ литогенеза изученных терригенных отложений пассивных и активных континентальных окраин Тетиса, Арктики и северо-западной части Пацифики.
Фактический материал и методика
Работа выполнялась в лаборатории тектоники океанов и приокеанических зон
Геологического института РАН, г. Москва. Фактический материал, положенный в основу диссертации, был получен автором во время экспедиционных работ на Кавказе и Чукотке. На территории Кавказа основным объектом являлись нижне-среднеюрские отложения (пять полевых сезонов). На территории Западной Чукотки основным объектом исследований служили терригенные комплексы триаса, изучение которых потребовало также пяти полевых сезонов. Помимо своего каменного материала, автором были проанализированы коллекции
образцов К.А. Крылова, В.Н. Григорьева, С.Д. Соколова и В.И. Копорулина по меловым осадочно-вулканогенным комплексам обрамления Пенжинской Губы, а также П.В. Маркевича и О.В. Чудаева по палеоцен-эоценовым отложениям Ильпинского полуострова.
При полевых работах автором проводились детальное описание и литолого-фациальное изучение разрезов и отбор образцов для дальнейших минералогических, геохимических и изотопно-геохронологических исследований. Изучение минерального и химического состава песчаников производилось на представительных для изучаемых отложений образцах. Для обеспечения комплексного подхода к литологическому изучению осадочных пород были использованы единые образцы для: седиментологических, геохимических, цирконометрических, постседиментационных и других исследований. Характеристики, получаемые при изучении серии эталонных образцов, постоянно проверялись и при необходимости корректировались изучением дополнительных коллекций. При обработке литературных данных не были использованы публикации, в которых отсутствовала методика выделения постседиментационных преобразований.
При изучении триасовых отложений Западной Чукотки автором было просмотрено и описано 865 прозрачных шлифов, просмотрено 35 препаратов тяжелой фракции. Для выявления постседиментационных преобразований было проанализировано 123 рентгенодифрактометрического определения глинистой фракции, сделано 43 химических анализа на главные элементы. При изучении нижне-среднеюрских отложений Кавказа автором было описано 1200 прозрачных шлифов и 150 препаратов тяжелой фракции. Для выявления особенностей постседиментационных преобразований было проведено около 150 определений состава глинистых минералов (микрозонд), 250 рентгенодифрактометрических исследований глинистой фракции, сделано 50 химических анализов на главные элементы. При изучении меловых отложений обрамления Пенжинской Губы было просмотрено и описано 186 прозрачных шлифов, использованы данные 154 анализов минералов тяжелой фракции и 79 химических анализов на главные элементы, а также учтены опубликованные данные В.И. Копорулина (Копорулин, 1992) и П.В. Маркевича (Геосинклинальный литогенез, 1987). При изучении флишевых отложений Ильпинского п-ва было просмотрено и описано 60 прозрачных шлифов, использованы данные О.В.Чудаева по 45 анализам минералов тяжелой фракции и 20 химическим анализам на главные элементы, а также данные по изучению состава глинистых фракций (43 шт). Кроме того, автор использовал данные, полученные совместно с коллегами по датированию цирконов (методом SHRIMP, fission-track и laser ablation).
Исследования проводились в рамках тематических планов Геологического института РАН, а также при поддержке грантов РФФИ, программ ОНЗ РАН, Ведущей научной школы
«Тектоника и геодинамика океанов и активных континентальных окраин» (руководитель академик Ю.М.Пущаровский).
Научная новизна
Комплексное изучение особенностей накопления и изменения минерального состава
осадочных пород складчатых областей с использованием современных теоретических разработок геодинамики является новым направлением в отечественной литологии (Маркевич и др., 2000; Филлипов и др., 2004, 2006; Конюхов, 2006; Малиновский и др., 2006; Симанович и др., 2004; Тучкова, 2003, 2004, 2007).
Для изученных складчатых осадочных комплексов пассивных и активных континентальных окраин определены седиментологические, минералогические и геохимические характеристики, которые позволили установить этапы и особенности накопления терригенных пород. На основе анализа парагенезов и кристаллохимических характеристик аутигенных минералов песчаных пород реконструированы Р-Т условия их формирования на разных стадиях постседиментационных преобразований.
Проведено сравнение характера осадконакопления и постседиментационных преобразований на различных пассивных окраинах Евразии: тетической (Большой Кавказ) и арктической (Чукотский микроконтинент), а также для активных континентальных окраин западного обрамления Тихого океана (Пенжинская Губа, Ильпинский полуостров).
Отличительной особенностью работы является единый методический подход, рассматривающий все изученные объекты последовательно, начиная от стадии накопления осадков и формирования породных ассоциаций, до стадии постседиментационных преобразований, вызванных становлением покровно-складчатых структур континентальных окраин. Более того, данная последовательность литогенетических событий изучалась на фоне и в тесной взаимосвязи с геодинамическими обстановками и тектонической эволюцией регионов, что с одной стороны обеспечивало достоверность литолого-палеогеографических реконструкций, а с другой стороны позволило дополнить или пересмотреть существующие представления о геологической истории рассматриваемых объектов. Например, выявленная в разрезах Чукотки постепенная проградация шельфа указывает на рост края микроконтинента, предшествующего этапу коллизии. При этом изучение и датирование аутигенных слюд позволило установить, что рост края микроконтинента завершился деформациями пассивной окраины.
Анализ обширного литературного материала и детальные литологические исследования нижне-среднеюрских отложений Большого Кавказа, позволили существенно дополнить историю развития региона данными о литологических критериях, фиксирующих смену режима пассивной окраины на активный. Установлено влияние на осадконакопление
двух крупных речных систем с большим водосбором, характер и распределение минерального состава песчаников в разных ландшафтных зонах, распространение самих ландшафтных зон в осадочном бассейне, а также стадийность постседиментационных преобразований песчаников и роль деформаций в этом процессе.
Для изученных объектов активной окраины установлены закономерности седиментации и их взаимосвязь с тектоническими событиями, определены влияние и роль островодужного источника в седиментационной истории бассейнов с разными геодинамическими обстановками. Выявлены стадийность, уровень постседиментационных изменений и влияние деформаций на преобразование отложений. Установлена зависимость степени изменения отложений от исходного минерального состава осадочных пород, который периодически менялся в связи с увеличением или прекращением вулканической активности.
В результате проведенных комплексных исследований литологии терригенных пород складчатых областей мезозойских континентальных окраин Северо-Востока Азии и Большого Кавказа, сформулированы следующие защищаемые положения.
Защищаемые положения:
1. Установлено, что на пассивных континентальных окраинах осадконакопление
может происходить, по крайней мере, по двум сценариям. В случае перекомпенсированного
осадконакопления (триасовые отложения Западной Чукотки) происходила проградация
шельфовых образований в более глубоководные части осадочного бассейна. При
компенсированном осадконакоплении (юрские отложения Большого Кавказа) положение
шельфовой зоны оставалось постоянным. В обоих бассейнах состав песчаников представлен
ассоциациями устойчивых минералов, в которых снизу вверх по разрезу появляется все
более метаморфизованный материал.
-
Осадконакопление на активных континентальных окраинах, зависящее от состава, близости и интенсивности вулканизма островодужной системы, характеризовалось поступлением обломочного материала первого цикла седиментации. Состав песчаников представлен неустойчивыми, преимущественно фемическими ассоциациями минералов и позволяет проследить смену и эволюцию синхронных осадконакоплению извержений.
-
Смена геодинамического режима с пассивного на активный, произошедшая в конце аалена на Большом Кавказе, привела к изменению путей транспортировки обломочного материала и возникновению новых источников сноса. В результате в осадках появляются вулканокластические граувакки, пепловые частицы и произошло совмещение отложений аркозового и грауваккового составов, характеризующих разные источники питания.
4. Постседиментационные преобразования осадочных отложений пассивной и активной континентальных окраин происходили в два этапа, но различались сценариями и продолжительностью литогенеза погружения. Определена роль тектонических деформаций при орогенном литогенезе и установлено, что максимальные преобразования развиваются в зонах сочленения палеоструктур.
Практическая значимость
Особенности состава, пространственного распределения фаций,
постседиментационных преобразований триасовых отложений Западной Чукотки могут быть использованы при металлогенических построениях. Установленная связь вторичных преобразований с зонами деформаций в терригенных отложениях расширяет перспективы Чукотского региона на поиски нетрадиционных видов золото-платиновой минерализации. Данные автора по распределению минералов тяжелой фракции в нижне-среднетриасовых песчаниках были использованы при планировании поисковых работ на золоторудное оруденение в Билибинском районе. Детальная литологическая характеристика осадочных комплексов пассивных континентальных окраин может служить и при поисках углеводородов. Проведенные палеореконструкции позволяют выявлять участки, расположенные в местах впадения крупных рек и являющиеся вероятными очагами нефте газообразования.
Результаты исследований автора по активным континентальным окраинам позволили не только проследить закономерности осадконакопления в бассейнах с интенсивным вулканизмом и установить особенности постседиментационных преобразований отложений, но и дали возможность восстанавливать температурные режимы и термальную историю бассейнов, что имеет важное значение для выявления обстановок, благоприятных для нефте газообразования.
Полученные результаты используются автором при чтении лекций студентам, магистрам и специалистам в области нефтяной геологии.
Апробация работы и публикации
Диссертант является автором или соавтором 42 публикаций (из них 2 главы в
монографиях на английском языке и одна глава в монографии на русском языке). По теме диссертации опубликовано 22 работы. Основные результаты диссертационного исследования изложены в статьях, опубликованных в журналах "Доклады РАН", "Литология и полезные ископаемые", "Геотектоника", "Бюллетень МОИП", "Tectonics", "Вестник КРАУНЦ", в монографии "Альпийская геодинамика Большого Кавказа", в монографии "The use of heavy minerals in determinings the provenance and geodynamic evolution of Mesozoic
sedimentary basins in the continent-ocean transition zone of East Russia: examples from Sikhote Alin and Koriak-Kamchatka" и в многочисленных сборниках. По теме диссертации были регулярные выступления с докладами на Всероссийских и Международных совещаниях и конференциях (Всероссийское литологическое совещание, Всероссийское тектоническое совещание, Международная конференция по морской геологии, Международная конференция, посвященная памяти Л.М.Парфенова, Международные совещания IAS, EUG, AGU, ICAM и другие).
Благодарности
На протяжении многих лет работы автор пользовалась советами, консультациями и
поддержкой коллег по институту, пользуясь случаем, выражаю им свою благодарность. Автор выражает глубокую благодарность коллегам К.А. Крылову, В.Н. Григорьеву, С.Д. Соколову, О.В. Чудаеву, за предоставленные образцы вулканокластических песчаников, а также И.М. Симановичу, который в процессе знакомства с первым вариантом рукописи сделал ряд важных замечаний и советов. К тому же автор неоднократно консультировалась с ним при петрографических исследованиях, за что выражает ему свою признательность. Особенно хотелось бы поблагодарить В.И. Копорулина и В.Б. Курносова за полезные замечания и рекомендации к диссертации и автореферату.
При интерпретации изотопно-геохимических данных автор пользовалась советами Д.И. Головина и М.И. Буякайте (ГИН РАН, г.Москва), А.К. Худолея (Санкт-Петербургский Университет), X. Торо (J.Toro, West Virginia University, USA) и A.B. Соловьева (ГИН РАН), за что автор чрезвычайно признательна всем перечисленным коллегам. По вопросам физических методов изучения глинистых минералов автор пользовалась консультациями и советами В.А. Дрица и Б.А. Сахарова (ГИН РАН), которым автор глубоко признательна.
Во время проведения исследований региональные и общие вопросы тектоники и литологии обсуждались с С.Д. Соколовым, И.М. Симановичем, Г.Е. Бондаренко, Д.И. Пановым, М.Г. Ломизе, О.В. Япаскуртом, А.И. Малиновским, П.В. Маркевичем, A.B. Прокопьевым, СП. Глотовым, Ю.О. Гавр иловым, В. Д. Чеховичем, вопросы стратиграфии - с В.А. Захаровым, В.Г. Ганелиным, А.С. Бяковым, В.Н. Синельниковой, Д.В. Витухиным, что помогло конкретизировать многие высказанные в работе идеи, и, которым, пользуясь случаем, выражаю глубокую благодарность. Отдельно хотелось бы поблагодарить И.О. и Е.В. Галускиных (Силезский Университет, Польша, г.Сосновец) за многочисленные и разнообразные анализы породообразующих минералов.
Выражаю признательность геологам Анюйского горно-геологического предприятия (г. Билибино) за помощь и всестороннее содействие в организации и проведении полевых работ на Чукотке - СП. Глотова, В.Т. Бурченкова, П.Н. Безызвестных, Г.И. Акименко и др.
А также хотелось бы поблагодарить Ю.В. Макарова, который помогал и учил соискателя фациальному анализу в период совместных исследований на Кавказе. Особая благодарность адресуется Д.И. Кудрявцеву, бывшему первым читателем и критиком настоящей работы.
Помимо многочисленных научных консультантов автору хотелось бы выразить искреннюю благодарность М.Е. Горшковой, без помощи которой многие исследования не были бы выполнены. Также хотелось бы поблагодарить Е.В. Покровскую, так как она выполнила основную часть рентгенодифрактометрических исследований и В.Л. Косорукова, который очень помог и выполнил часть анализов глинистой фракции в период поломки дифрактометра в ГИНе.
Отдельные слова благодарности хотелось бы адресовать А.Г. Коссовской, наставнице, коллеге и учителю. Автор чрезвычайно признателен безвременно ушедшему в 2007 году А.И. Вознесенскому, консультации и дискуссии с которым на протяжении многих лет позволяют автору считать его своим учителем. Автор также хотела бы выразить свою благодарность П.П. Тимофееву, который был у соискателя руководителем кандидатской диссертации.
Структура и объем диссертации
