Содержание к диссертации
Стр.
Введение 6
Глава 1. Тектоническое положение Монголо-Охотского складчатого пояса в основных структурах восточной окраины Азиатского континента
1.1. Структуры обрамления пояса 15
Северное обрамление 15
Южное обрамление 20
Террейновое районирование Монголо-Охотского складчатого пояса 29
Мезозойские перекрывающие комплексы 44
Краткий обзор представлений об истории формирования пояса 47
Глава 2. Фрагменты палеоокеанической коры в составе террейнов аккреционного
клина восточного сегмента Монголо-Охотского складчатого пояса 49
2.1. Краткая геологическая, петролого-геохимическая характеристика пород офиолитов
и вулканогенно-кремнистых ассоциаций 51
Янканский террейн 51
Тукурингрский террейн 74
Селемджино-Кербинский террейн 98
Джагдинский террейн 111
Ланский и Галамский (Тугурский фрагмент) террейны 122
2.2. Основные закономерности распространения палеозойских метавулканитов
различных геохимических типов в составе террейнов восточного сегмента Монголо-
Охотского складчатого пояса. Тектонические следствия 134
Глава 3. Палеозойские гранитоидные и габбро-гранитоидные ассоциации в составе террейнов восточного сегмента Монголо-Охотского складчатого пояса
3.1. Гранитоиды Янканского террейна 137
Петрографические особенности пород 140
Петрохимические и геохимические особенности пород 140
Результаты изотопного датирования 146
3.2. Габбро-гранитоидные и гранитоидные ассоциации Тукурингрского террейна 149
Петрографические особенности пород 150
Петрохимические и геохимические особенности пород : 151
Результаты изотопного датирования 161
3.3. Габбро -гранитоидная ассоциация Джагдинского террейна 167
Петрографические особенности пород 168
Петрохимические и геохимические особенности пород 169
Результаты изотопного датирования 174
3.4. Гранитоидные ассоциации Селемджино-Кербинского террейна 174
Петрографические особенности пород 177
Петрохимические и геохимические особенности пород 177
Результаты изотопного датирования 180
3.5. Гранитоидные ассоциации Токурского террейна 183
Петрографические особенности пород 183
Петрохимические и геохимические особенности пород 184
Результаты изотопного датирования 184
Гранитоидные ассоциации Ланского и Галамского террейнов 187
Изотопный состав Sr и Nd 189
Гео динамическая интерпретация и корреляция палеозойского интрузивного
магматизма в пределах восточного сегмента Монголо-Охотского пояса 191
Глава 4. Палеозойские гранитоидные и габбро-гранитоидные ассоциации южного
обрамления Монголо-Охотского складчатого пояса (Аргунский, Мамынский,
Буреинско-Цзямусинский террейны)
4.1 Ранне- и среднеордовикские гранитоиды 194
Объекты исследований 194
Петрографические особенности пород 195
Петрохимические и геохимические особенности пород 198
Результаты изотопного датирования 204
Изотопный состав Sr и Nd 211
Геодинамическая интерпретация и корреляция раннепалеозойского
магматизма в пределах южного обрамления Монголо-Охотского пояса 213
4.2. Позднедевонские гранитоиды 214
Объекты исследований 215
Петрографические особенности пород 218
Петрохимические и геохимические особенности пород 218
Результаты изотопного датирования 221
4.2.5. Геодинамическая интерпретация и корреляция среднепалеозойского
магматизма в пределах южного обрамления Монголо-Охотского пояса 225
4.3. Раннепермская габбро-гранитоидная ассоциация 226
Объекты исследований 229
Петрографические особенности пород 230
Петрохимические и геохимические особенности пород 231
Результаты изотопного датирования 240
Изотопный состав Sr и Nd 247
Геодинамическая интерпретация и корреляция позднепалеозойского магматизма в пределах южного обрамления Монголо-Охотского пояса 251
Глава 5. Мезозойские коллизионные и постколлизионные плутонические и вулкано-плутонические ассоциации северной окраины Амурского супертеррейна
5.1. Раннемезозойские (триасово-юрские) гранитоиды 253
Объекты исследований 255
Петрографические особенности пород 257
Петрохимические и геохимические особенности пород 258
Результаты изотопного датирования 264
Гео динамическая интерпретация и корреляция раннемезозойского магматизма Восточной и Центральной Азии 270
5.2. Позднемезозойские вулкано-плутонические ассоциации 272
5.2.1. Северо-восточная часть Болынехинганского пояса 277
Геологическая характеристика комплексов и петрографические особенности пород 277
Петрохимические и геохимические особенности пород 282
Результаты изотопного датирования 291
5.2.2. Западная часть Умлекано-Огоджинского пояса 296
Геологическая характеристика комплексов и петрографические особенности пород 296
Петрохимические и геохимические особенности пород 299
Результаты изотопного датирования 308
Изотопный состав Nd 312
Геодинамическая интерпретация и корреляция мезозойских вулкано-плутонических ассоциаций северной окраины Амурского супертеррейна 314
Глава 6. Геодинамическая модель формирования Монголо-Охотского складчатого пояса
6.1. Граничные условия для геодинамических реконструкций 318
Палеомагнитные данные 318
Изотопно-геохронологические данные 322
Общегеологические и палеонтологические данные 324
6.2. Возможная модель формирования Монголо-Охотского складчатого пояса 325
Заключение 336
Список литературы 342
Введение к работе
Проблема формирования и эволюции континентальной коры в фанерозое относится к числу наиболее важных фундаментальных проблем современной геологии и петрологии и уже на протяжении нескольких десятилетий служит предметом дискуссий. Как показывает накопленный к настоящему времени мировой опыт, прогресс в решении этой сложной и многогранной проблемы возможен только на основе комплексных исследований, направленных на создание интегрированных геодинамических моделей формирования крупных фанерозойских подвижных поясов. В диссертации в этом плане рассматривается Монголо-Охотский складчатый пояс, который относится к главным структурным элементам Азии (Красный, 1960; Парфенов и др., 1999; Зоненшайн и др., 1990; Кузьмин, 1985 и др.).
Актуальность исследования. Данная работа направлена на реконструкцию этапов и механизмов формирования Монголо-Охотского складчатого пояса, что позволяет внести определенный вклад в решение указанной выше фундаментальной проблемы. Этот пояс протянулся в виде узкой прерывистой полосы более чем на 3 000 км от Охотского моря до Центральной Монголии. Согласно современным тектоническим моделям (Парфенов и др., 1999; Парфенов и др., 2003; Nokleberg et al., 2000 и др.), пояс рассматривается в качестве реликта океанического пространства, закрывшегося в позднем палеозое - раннем мезозое в результате смыкания Северо-Азиатского кратона и Амурского микроконтинента (супертеррейна). Однако многие кардинальные вопросы формирования этого пояса до сих пор не решены, что в первую очередь обусловлено дефицитом геохронологических, геохимических и изотопно-геохимических данных. В частности, на сегодняшний день практически отсутствуют данные о возрасте выделяемых в его структуре офиолитовых ассоциаций. Кроме того, лишь в последние годы появились геохронологические данные, свидетельствующие об активном характере развития обрамляющих складчатый пояс континентальных блоков в палеозойское время (Казимировский и др., 1998; Дриль, Сорокин, 1998; Казимировский и др., 2000; Сорокин и др., 2002; Козлов и др., 2003) и получены изотопные свидетельства присутствия в восточном сегменте Монголо-Охотского складчатого пояса палеозойских гранитоидов (Сорокин и др., 2003), что ставит под сомнение широко распространенное мнение об определяющей роли мезозойской субдукции в истории его формирования. Следует отметить, что к настоящему моменту не вполне расшифрован и коллизионный этап,
приходящийся на поздний палеозой (Зоненшайн и др., 1990) или ранний мезозой (Парфенов и др., 1999; Ярмолюк и др., 2002).
Главная цель исследований состояла в разработке на основе оригинальных и полученных к настоящему времени данных интегрированной геодинамической модели формирования восточного сегмента Монголо-Охотского складчатого пояса.
Основные задачи, которые решались в процессе исследований состояли в том чтобы:
1. Получить информацию о возрасте и провести геохимическую типизацию
магматических пород палеоокеанической коры восточного сегмента Монголо-Охотского
складчатого пояса.
Выделить возрастные рубежи формирования и выявить главные геохимические и изотопно-геохимические особенности палеозойских гранитоидных и габбро-гранитоидных ассоциаций восточного сегмента складчатого пояса и его южного обрамления.
Уточнить возраст, выявить главные геохимические и изотопно-геохимические особенности раннемезозойских гранитоидных и позднемезозойских вулкано-плутонических поясов южного обрамления складчатого пояса и оценить их связь с процессами его формирования.
4. Определить граничные условия (геологические, палеонтологические,
палеомагнитные, геохронологические, геохимические и изотопно-геохимические) для
геодинамических реконструкций.
Научная новизна работы.
1. Разработан принципиально новый вариант террейнового районирования
восточного сегмента Монголо-Охотского складчатого пояса.
2. В результате U-Pb геохронологических исследований:
впервые получены данные о возрасте одного из офиолитовых комплексов восточного сегмента рассматриваемого складчатого пояса;
в структуре восточного сегмента Монголо-Охотского складчатого пояса выделены гранитоиды в возрастном диапазоне от среднего ордовика до поздней перми;
в пределах южного обрамления складчатого пояса установлены три этапа палеозойского гранитоидного магматизма (ранне- и среднеордовикский, позднедевонский и раннепермский) и получены свидетельства широкого распространения триасово-юрских (а не пермо-триасовых, как считалось ранее) гранитоидов;
Реконструированы геодинамические обстановки формирования и получена информация об источниках палеозойских и раннемезозойских гранитоидных и габбро-гранитоидных ассоциаций восточного сегмента Монголо-Охотского складчатого пояса и его обрамления.
На основе 40Аг/39Аг изотопного датирования впервые выявлена дискретность проявления позднемезозойской магматической активности южного обрамления складчатого пояса.
Практическая значимость. В процессе выполнения работы существенно уточнены схемы корреляции магматических комплексов целого ряда изученных геологических структур и показана необходимость выделения новых комплексов. Эти результаты могут быть использованы для разработки региональных легенд геологических карт Приамурья. Кроме того, полученные данные накладывают значительные ограничения не только на применение тех или иных геодинамических моделей, но и базирующихся на их основе металлогенических построений.
Фактический материал и аналитические методики. Основу работы составляют результаты многолетних исследований автора в пределах восточного сегмента Монголо-Охотского пояса и его обрамления с 1987 года по настоящее время. За это время были проведены полевые исследования в пределах всех основных структур региона и изучены "реперные" геологические объекты (рис. 1). Коллекция каменного материала, на которой базируется данная работа, собрана непосредственно автором, за исключением единичных образцов, предоставленных ФГУГП "Амургеология" и ФГУГГП "Хабаровскгеология".
Для обоснования защищаемых положений изучено более 600 шлифов, использовано более 600 оригинальных анализов горных пород на главные и более 200 анализов горных пород на редкие и редкоземельные элементы, выполнены Sm-Nd и Rb-Sr изотопно-геохимические исследования 37 образцов гранитоидов, датированы U-Pb методом по циркону - 15, методом SHRIMP - 2 и 40Аг/39Аг методом - 22 образца, характеризующих реперные магматические комплексы.
Исследование химического состава пород проводилось с использованием методов РФА (основные петрогенные компоненты, а также Sr, Zr, Nb) и ICP-MS (Be, Rb, Sr, Li, Cs, Th, U, Zr, Та, Nb, Hf, REE, Sc, Ni, Co, Cr, V, Cu, Zn, W, Pb, Bi, Mo).
Рентгено-флуоресцентный анализ выполнен в Институте геохимии СО РАН (г. Иркутск). Гомогенизация порошковой пробы осуществлялась сплавлением с боратным флюсом - мєтаборатом лития в высокочастотной печи при температуре 1050-1100
I
Масштаб О 60км
Рис.1. Участки (показаны прямоугольником), в пределах которых автором были проведены исследования в период 1987-2004 гг. Результаты этих исследований, а так же собранная коллекция каменного материала составляет основу данной работы.
градусов. Измерения проводились на рентгеновском спектрометре СРМ-25. Величины интенсивности аналитических линий корректировались на фон, эффекты поглощения и вторичной флуоресценции.
Анализ химического состава образцов методом ICP-MS проводился в Институте минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов (г. Москва), Институте геохимии СО РАН, в Институте аналитического приборостроения РАН (г. С.-Петербург). Вскрытие образцов осуществлялось по методике кислотного разложения в микроволновой печи. Измерения проводились в ИМГРЭ на приборе "Elan 6100 DRC" производства фирмы PerkinElmer, в Институте аналитического приборостроения РАН и в Институте геохимии СО РАН на приборе "PlasmaQuad" фирмы "VG Elemental" в стандартном режиме. Калибровка чувствительности прибора по всей шкале масс производилась по многоэлементному стандартному раствору редкоземельных элементов фирмы "Matthew Johnson". Относительная погрешность определений составляет 3-10 %.
U-Pb изотопные исследования в классическом варианте выполнены в Геологическом институте Кольского НЦ РАН (г. Апатиты) и Институте геологии и геохронологии докембрия РАН. Выделение акцессорных цирконов проводилось по стандартной методике с использованием тяжелых жидкостей, а их химическое разложение и выделение U и РЬ по методике Т.Е.Кроу (Krogh, 1973).
В ГИ КНЦ РАН измерения выполнены на масс-спектрометрах МИ-1201-Т и Finnigan МАТ-262 (ошибка определения U/Pb отношений - 0.5% для Finnigan МАТ-262 и 0.7% для МИ-1201-Т, значения масс-фракционирования - 0.12+/-0.04 amu для Finnigan МАТ-262 и 0.18+/-0.06 amu для МИ-1201-Т, холостое загрязнение не превышало 0.1-0.2 нг для РЬ и 0.05 нг для U). В ИГГД РАН измерения выполнены на масс-спектрометре Finnigan МАТ-261 (ошибка определения U/Pb отношений - 0.5%, значение масс-фракционирования - 0.1+/-0.03 amu, холостое загрязнение не превышало 0.1 нг для РЬ и 0.005 нг для U). Обработка экспериментальных данных проводилась по программам PbDAT (Ludwig, 1991) и ISOPLOT (Ludwig, 1991).
U-Pb-Th изотопные исследования (2 образца) по технологии SHRIMP выполнены в Институте геологии Академии геологических наук (г. Пекин) с использованием вторично-ионного микрозонда SHRIMP П. При анализе использовались стандартные методические процедуры (Nelson, 1997; Williams, 1998). Обработка полученных данных проводилась с использованием программного пакета Squid 1.02 (Ludwig, 2001).
Rb-Sr и Sm-Nd изотопные исследования выполнены в ИГГД РАН. Для выделения
Sm и Nd использована методика (Котов и др., 1995), близкая к (Richard et al., 1976). Rb и Sr выделены по стандартной методике с использованием ионно-обменных смол. Изотопные составы Sm, Nd, Rb и Sr измерены на многоколлекторных масс-спектрометрах Finnigan МАТ-261 и TRITON ТІ в статическом режиме. Измеренные отношения 143Nd/ Nd144 нормализованы к отношению 146Nd/144Nd=0.7219 и приведены к отношению 143Nd/ Nd144=0.511860 в Nd стандарта La Jolla. Средневзвешенное значение 143Nd/144Nd в Nd стандарте La Jolla за период измерений составило 0.51144±10. Изотопные отношения Sr
OQ QC Q*7 Q
нормализованы к отношению Sr/ Sr=8.37521. Средневзвешенное значение 0/Sr/00Sr в Sr стандарте SRM-987 за период измерений составило 0.710248±8.Точность определения концентраций Sm, Nd, Rb и Sr составила ± 0.5%, изотопных отношений 147Sm/144Nd -±0.5%, 143Nd/144Nd - ±0.005%, 87Rb/86Sr - ±0.5%, 87SR/86Sr - ±0.05% (26). Уровень холостого опыта - 0.05-0.2 нг Sm, 0.1-0.5 нг Nd, 0.01-0.05 нг Rb и 0.3-0.7 нг Sr.
40Ar/39Ar геохронологические исследования выполнены в Объединенном институте геологии, геофизики и минералогии СО РАН. Подготовка проб проводилась по стандартной методике (Пономарчук и др., 1998; Шевченко и др., 2000) с использованием масс-спектрометра МИ-1201В. Облучение выполнено в кадмированном канале ядерного реактора. Выбор анализируемой минеральной фазы осуществлен на основе тщательного петрографического исследования пород в прозрачных шлифах, и приоритет отдан минеральным фазам, не затронутым метаморфическими процессами при отсутствии ксенолитов. Коррекция полученных данных выполнена стандартным методом с учетом атмосферной контаминации и интерферирующих пиков от побочных нейтронно-индукцированных реакций.
Основные защищаемые положения.
1). Палеозойские вулканические породы террейнов аккреционного клина восточного сегмента Монголо-Охотского складчатого пояса образуют две ассоциации, формирование которых протекало соответственно в обстановках океанического. и задугового спрединга.
2).. В южном обрамлении восточного сегмента Монголо-Охотского складчатого пояса отчетливо выделяются два палеозойских этапа проявления магматизма в обстановке активной континентальной окраины. К первому из них относится формирование позднедевонских гранитоидов Аргунского и Мамынского террейнов, а ко второму — раннепермской габбро-диорит-гранодиорит-гранитной ассоциации северной окраины Аргунского террейна.
3). Раннепалеозойские габбро-гранитоидные и гранитоидные ассоциации восточного сегмента Монголо-Охотского складчатого пояса приурочены к тектоническим блокам - отторженцам континентального обрамления и не обнаруживают непосредственной связи с его формированием, тогда как образование позднепалеозойских (ранне- и позднепермских) гранитоидных ассоциаций протекало в обстановке активной континентальной окраины - в периферических частях магматических дуг, расположенных вдоль структур обрамления пояса.
4). Формирование раннемезозойских (позднетриасово-раннеюрских) гранитоидов южного обрамления восточного сегмента Монголо-Охотского складчатого пояса обусловлено коллизией крупных континентальных блоков: Северо-Азиатского и Сино-Корейского кратонов и расположенного между ними Амурского супертеррейна.
5). Позднемезозойский пост-орогенический магматизм южного обрамления Монголо-Охотского складчатого пояса имеет дискретный характер, что выражается в смене известково-щелочных интрузивных гранитоидных (140-127 млн. лет) и андезитовых (126-124 млн. лет) ассоциаций трахибазальт-риолитовыми (119-115 млн. лет) и трахибазальт-трахиандезитовыми (97-94 млн. лет) ассоциациями, обладающими геохимическими признаками внутриплитного происхождения.
Апробация полученных результатов. Полученные по теме диссертации данные и выводы изложены в 60 печатных работах, в том числе в 15 статьях в рецензируемых научных журналах. Основные результаты исследований были представлены на Международном симпозиуме по тектонике и металлогении зон активизации (Благовещенск, 1992), 9-м Международном симпозиуме ассоциации JAGOD (Пекин, 1994), 1-м Всероссийском петрографическом совещании "Магматизм и геодинамика" (Уфа, 1995), Региональной конференции "Геология и минеральные ресурсы Амурской области" (Благовещенск, 1995), 30-м Международном геологическом конгрессе (Пекин, 1996), Всероссийском совещании "Геодинамика и эволюция Земли" (Новосибирск, 1996), 2-м Всероссийском металлогеническом совещании "Металлогения, нефтегазоносность и геодинамика Северо-Азиатского кратона и орогенных поясов его обрамления" (Иркутск, 1998), 31-м Международном геологическом конгрессе (Рио де Жанейро, 2000), 7-й Международной конференции по тектонике плит (Москва, 2001), 5-м Дальневосточном региональном петрографическом совещании "Мезозойские и кайнозойские магматические и метаморфические образования Дальнего Востока" (Хабаровск, 2001), Международном совещании по проекту геологической корреляции IGCP-420 "Рост
континентальной коры в фанерозое на примере Восточной и Центральной Азии" (Чань Чунь, 2002), 12-й Международной конференции имени В.М.Гольдшмидта (Давос, 2002), Всероссийском совещании "Современные проблемы формационного анализа, петрология и рудоносность магматических образований" (Новосибирск, 2003), 2-й Российской конференции по изотопной геохронологии "Изотопная геохронология в решении проблем геодинамики и рудогенеза" (С.-Петербург, 2003), Научном совещании по Программе фундаментальных исследований "Геодинамическая эволюция литосферы Центрально-Азиатского подвижного пояса (от океана к континенту)" (Иркутск, 2004).
Структура и объем работы. Работа общим объемом 358 страниц состоит из введения, шести глав, заключения, включает 36 таблиц и 158 рисунков. Глава 1 посвящена тектоническому положению Монголо-Охотского складчатого пояса в основных структурах восточной окраины Азиатского континента. В ней приведены схема тектоническое районирование восточного сегмента рассматриваемого складчатого пояса и его ближайшего континентального обрамления, а также обзор представлений об истории геологического развития региона. Глава 2 содержит описание фрагментов палеоокеанической коры в составе террейнов восточного сегмента складчатого пояса. В ней дана развернутая петролого-геохимическая характеристика офиолитовых комплексов и приведены первые U-Pb геохронологические данные о возрасте одного из офиолитовых комплексов. Глава 3 посвящена исследованию петрографических, геохимических и изотопно-геохимических особенностей палеозойских гранитоидных и габбро-гранитоидных ассоциаций восточного сегмента Монголо-Охотского складчатого пояса и приведены данные о возрасте этих объектов. Глава 4 содержит описание вещественного состава, а так же U-Pb геохронологические данные для палеозойских гранитоидов южного обрамления восточного сегмента Монголо-Охотского складчатого пояса. Глава 5 посвящена изучению петрографических, геохимических и изотопно-геохимических особенностей мезозойских магматических ассоциаций, отвечающих коллизионным и постколлизионным обстановкам. В главе 6 на основе оригинальных и имеющихся в литературе данных предложен вариант геодинамической модели формирования Монголо-Охотского складчатого пояса в палеозое - раннем мезозое.
Благодарности. Работа выполнена в лаборатории геодинамики Отделения региональной геологии и гидрогеологии АмурНЦ ДВО РАН. Автор выражает искреннюю признательность своему научному консультанту и учителю академику М.И.Кузьмину. Наиболее существенную помощь и поддержку при проведении исследований оказали,
А.Б.Котов, А.П.Сорокин и В.В.Ярмолюк. Отдельные положения работы плодотворно
обсуждались с И.В.Бучко, К.Д.Вахтоминым, С.Д.Великославинским, И.В.Гордиенко,
И.М.Дербеко, С.И.Дрилем, А.И.Изохом, М.Э.Казимировским, Л.П.Карсаковым,
В.П.Ковачем, В.А.Кравчинским, А.М.Лариным, А.В.Махининым, Л.М.Парфеновым,
Л.И.Попеко, Е.В.Скляровым, В.И.Сотниковым, В.Е.Стрихой и А.И.Ханчуком.
Неоценимый вклад в работу внесли сотрудники Института геологии и геохронологии
докембрия РАН, Геологического института КНЦ РАН, Объединенного института
геологии, геофизики и минералогии СО РАН, Института геохимии СО РАН, Института
минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов: Д.З.Журавлев,
Н.М.Кудряшов, В.А.Пономарчук, Е.Б.Сальникова, Г.П.Сандимирова и
А.Л.Финкелынтейн. Всем коллегам автор выражает самую глубокую признательность. Кроме того, автор хотел бы поблагодарить руководство ФГУГП "Амургеология" и ФГУГГГП "Хабаровскгеология" за предоставленный каменный материал.
