Содержание к диссертации
Введение
1. Методические аспекты геохимических и изотопных исследований осадочных пород 11
1.1. Применение малых и редкоземельных элементов для исследования осадочных пород 12
1.2. Sm-Nd изотопная систематика осадочных пород
1.2.1. Общие сведения 20
1.2.2. Изотопная геология Nd в осадочных породах 23
1.2.3. Возможное фракционирование Sm и Nd при диагенезе 28
1.3. Источники сноса 32
1.3.1. Древняя континентальная кора 34
1.3.2. Переотложенные осадочные породы 35
1.3.3. Молодые дифференцированные и недифференцированные вулканические дуги 36
1.3.4. Экзотические компоненты 37
1.4. Основные выводы 37
2. Геология, Sm-Nd систематика и геохимические характеристики каменноугольно-нижнемеловых отложений северо-востока Сибирской платформы 39
2.1. Геологическое районирование северо-востока Сибирской платформы и область исследований 39
2.2. Краткий геологический обзор фундамента и докарбонового осадочного чехла 41
2.2.1. Фундамент Сибирского кратона 41
2.2.2. Платформенные отложения рифея 43
2.2.3. Отложения пассивной окраины венда, нижнего и среднего палеозоя 44
2.3. Краткий обзор геологического строения терригенных отложений пассивной окраины и предгорных прогибов северо-востока Сибири 46
2.3.1. Введение 46
2.3.2. Терригенные отложения пассивной окраины северо-востока Сибирской платформы (средний карбон - триас) 47
2.3.3. Мезозойские отложения севера Верхоянского краевого прогиба... 60
2.4. Среднекаменноугольно-нижнемеловые терригенные отложения пассивной окраины и предгорного прогиба северо-востока Сибири: геохимические и Sm-Nd изотопные характеристики, источники сноса 66
2.4.1. Геохимические и изотопные характеристики терригенных пород 66
2.4.2. Возможные источники сноса: Сибирская платформа и окружающие ее орогены 75
2.4.3. Области сноса каменногольно-пермских и триасовых терригенных пород 78
2.4.4. Источники юрских и нижнемеловых терригенных пород 83
2.5. Основные выводы 86
3. Геология, Sm-Nd систематика и геохимические характеристики девонских — палеогеновых комплексов передового прогиба С калистых Гор Канады 88
3.1. Тектоническое районирование Скалистых гор Канады 88
3.2. Краткий геологический обзор фундамента и осадочных последовательностей мезопротерозойско-мезозойской пассивной окраины, входящих в состав пояса форланда и Оминика
3.2.1. Введение 94
3.2.2. Фундамент Северо-Американской платформы 94
3.2.3. Протерозойский внутриконтинентальный рифтогенез -надсерии Белт-Перселл и Виндермир 96
3.2.4. Позднепротерозойский рифтогенез и формирование палеозойской пассивной окраины: ранний кембрий - средний девон 103
3.2.5. Девон- среднеюрский этап развития пассивной окраины 106
3.2.6. Резюме 108
3.3. Передовой прогиб Скалистых гор: геохимические и изотопные характеристики 3.3.1. Введение 111
3.3.2. Стратиграфия верхнеюрско-палеогеновых отложений передового прогиба Канадских Кордильер (юго-западная
часть Альберты) 112
3.3.3. Геохимические и изотопные характеристики терригенных пород 118
3.3.4. Источники сноса 123
3.4. Основные выводы 126
4. Выводы и основные защищаемые положения 128
Список литературы
- Изотопная геология Nd в осадочных породах
- Краткий геологический обзор фундамента и докарбонового осадочного чехла
- Среднекаменноугольно-нижнемеловые терригенные отложения пассивной окраины и предгорного прогиба северо-востока Сибири: геохимические и Sm-Nd изотопные характеристики, источники сноса
- Краткий геологический обзор фундамента и осадочных последовательностей мезопротерозойско-мезозойской пассивной окраины, входящих в состав пояса форланда и Оминика
Введение к работе
Актуальность работы
Позднепалеозойские и мезозойские осадочные бассейны северовосточной окраины Сибирской платформы представляют интерес геологов, обусловленный в первую очередь потенциалом на наличие в них углеводородов. В комплексных исследованиях осадочных бассейнов важным моментом является определение палеотектонической обстановки и типов источников сноса. Информация об источниках сноса рассматриваемого региона основана, главным образом, на результатах изучения состава песчаников и, в частности, их тяжелой фракции. Несмотря на полученный за годы исследования региона огромный массив данных, их интерпретация нередко затруднительна из-за невозможности идентифицировать тектоническую природу и возраст источника сноса. Для решения подобных задач одним из наиболее эффективных методов является изучение Sm-Nd изотопных характеристик и химического состава обломочных пород.
Осадочные бассейны юго-западной Канады карбон-мелового времени развивались в схожих тектонических условиях, что и бассейны северо-востока Сибири. Строение и этапы развития Кордильер хорошо изучены благодаря хорошей обнаженности, доступности и широкому применению современных аналитических методов. Таким образом, терригенные бассейны северо-востока Сибирской платформы и юго-запада Канады являются удачными региональными аналогами, что позволяет изучить поведение Sm-Nd изотопной системы в обломочных породах, сформировавшихся в схожих тектонических, но различных палеогеографических обстановках. На базе сравнения двух региональных объектов можно сделать более обоснованные выводы об источниках сноса и условиях осадконакопления обломочных пород бассейнов северо-востока Сибири.
Целью работы является сравнение эволюции развития бассейнов тер-ригенного осадконакопления северо-востока Сибири и юго-запада Канады на основе изучения Sm-Nd изотопных и геохимических характеристик обломочных пород каменноугольно-мелового возраста. В рамках поставленной цели выделяются следующие задачи:
-
Сбор и систематизация геологических данных по терригенным комплексам исследуемых бассейнов;
-
Изучение Sm-Nd изотопных и геохимических характеристик терриген-ных комплексов юго-западной Канады и северо-востока Сибири;
-
Реконструкция источников сноса и тектонической природы питающих провинций для каменноугольно-триасовых терригенных комплексов
северо-востока Сибирской платформы;
-
Реконструкция источников сноса и тектонической природы питающих провинций для верхнеюрско-нижнемеловых терригенных комплексов северо-востока Сибирской платформы;
-
Сравнение эволюции бассейнов пассивных окраин и предгорных прогибов северо-востока Сибирской платформы и юго-запада Канады.
В ходе проведенных исследований получены следующие новые научные результаты:
у/ установлены новые типы источников сноса для каменноугольно-триасовых терригенных комплексов северо-востока Сибири;
у/ уточнена палеотектоническая обстановка формирования верхнеюрских и нижнемеловых терригенных комплексов Приверхоянского прогиба;
у/ проведено сравнение эволюции Sm-Nd изотопной системы в обломочных породах юго-западной Канады и северо-востока Сибири, что позволило установить различие палеотектонических обстановок их формирования.
Выделяя основные научные результаты, можно сформулировать следующие защищаемые положения:
-
При формировании обломочных комплексов карбона и перми северовосточной окраины Сибирской платформы значительную роль играл размыв ювенильных комплексов, на что указывает преобладание обломочных ПОрОД С Nd(t) ОТ —1 ДО —5.
-
Геохимический и Sm-Nd изотопный состав нижнемеловых отложений северной части Приверхоянского прогиба показывает, что его заполнение происходило преимущественно за счет разрушения пород фундамента Сибирской платформы, а не за счет размыва растущей Верхоянской горной системы.
-
Существенные различия в Sm-Nd изотопных характеристиках осадочных комплексов, выполняющих передовой прогиб Кордильер и При-верхоянский прогиб, обусловлены специфическими палеотектониче-скими обстановками, контролировавшими направление и дальность переноса обломочного материала.
Фактический материал, положенный в основу диссертации, был получен в процессе нескольких экспедиций. Автор принимал непосредственное участие в двух полевых сезонах (2009 и 2011 года) на территории северовосточной окраины Сибири, в ходе которых была получена значительная часть материалов. Данные экспедиции были выполнены в рамках совместного проекта СПбГУ и компании TGS (2008-2010), а также в рамках партнерских отношений СПбГУ и ФГУ НПП «Аэрогеология» в 2011 году. Автор также являлся соорганизатором, вместе с А. К.Худолеем, короткой экспедиции по южной части Скалистых Гор (Альберта, Канада) при поддержке TGS и Геологической службы Канады (Калгари), в ходе которой был отобран каменный материал, позволивший расширить представления об эволюции формирования передового прогиба Кордильер. В результате было отобрано 88 образцов, по которым проводились дальнейшие оригинальные изотопные и геохимические исследования. Sm-Nd изотопный анализ отобранных образцов производился в лаборатории ФГБУН ИГГД ГАН лично диссертантом, химический анализ на главные, малые и редкоземельные элементы проводился в лаборатории ФГУП "ВСЕГЕИ". Кроме того, были использованы литературные данные по Sm-Nd изотопному составу осадочных пород и фундаменту Северо-Американской и Сибирской платформ. Все литературные данные были пересчитаны на модель Голдштейна, с целью сравнения их с собственными данными.
Практическая значимость выполненного исследования заключается в том, что полученные новые Sm-Nd и геохимические данные обломочных пород северо-восточной окраины Сибирской платформы привели к пересмотру и значительному уточнению условий их накопления. На примере двух различных бассейнов показано, что Sm-Nd изотопный метод является эффективным инструментом в изучении палеотектоники областей сноса. Полученные результаты могут иметь прикладное значение в исследовании осадочных бассейнов и в поисковых работах на различные полезные ископаемые.
Апробация работы
Основные результаты диссертационного исследования и защищаемые положения были представлены на ежегодных конференциях Геологической и Минералогической ассоциации Канады (GAC/MAC 2010, 2012), международной конференции, посвященной памяти академика В.Е.Хаина (2011), Арктических конференциях ЗГ (The Гоїаг Petroleum Potential, 2011, 2013), 46 Тектоническом совещании (2014) и Геологического Общества Америки (GSA) 2014.
Публикации
Автор имеет на данную тему 3 опубликованные работы в журналах, рекомендованных ВАК, подготовленных лично и в соавторстве, и 11 докладов на научных конференциях.
Структура и объем диссертации
Изотопная геология Nd в осадочных породах
Sm-Nd метод широко применяется для определения возраста пород и подробно обобщен и описан во множестве учебных пособий (напр., Фор, 1989, Radiogenic..., 1997,). В его основе лежит процесс радиоактивного распада Sm в Nd. Классическое изохронное датирование этим методом не применяется для осадочных пород. Для исследования осадочных пород более важным является феномен изотопной эволюции неодима, который заключается в том, что отношение Nd/ Nd в Земле увеличивалось со временем в результате радиоактивного распада изотопа Sm в дочерний изотоп Nd (рис. 1.5). Также предполагается, что земной неодим эволюционировал в резервуаре, отношение Sm/Nd в котором равно этому отношению в CHUR (chondritic uniform reservoir).
Схематичная диаграмма эволюции Nd. Магма, образовавшаяся в ходе частичного плавления, имеет более низкое Sm/Nd отношение, чем в CHUR, тогда как в остаточной твердой фазе характерно более высокое отношение Sm/Nd. При частичном плавлении пород резервуара CHUR происходит фракционирование Sm и Nd, в результате чего образуются частичные выплавки с более низкими отношениями Sm/Nd по сравнению с CHUR. Соответственно, породы, образующиеся из этих выплавок, имеют более низкие отношения 14dNd/144Nd, чем в CHUR. Обедненные области резервуара, оставшиеся после удаления частичных расплавов, имеют более высокие отношения Sm/Nd, и, соответственно, более высокие отношения i45Nd/i44Nd по сравнению с CHUR. Поскольку химические элементы Sm и Nd имеют очень схожие ионные радиусы, то фракционирование в ходе частичного плавления происходит относительно слабо. Это приводит к весьма незначительным вариациям отношений Nd/ Nd в частичных выплавках и твердых остатках. По этой причине Д. Депаоло и Дж. Вассербург (DePaolo, Wasserburg, 1976) ввели параметр эпсилон, который обозначает разницу изотопного отношения Nd/ Nd в образце и этого же отношения в резервуаре CHUR на определенный момент времени. Математически это определяется следующим образом: где t обозначает время, на которое рассчитывается єш Следовательно, положительное значение SNd означает, что Nd поступал из "обедненных" (мантийных) источников с высокими Sm/Nd отношениями. А отрицательное значение SNd показывает, что породы произошли из "обогащенных" (коровых) источников с более низкими отношениями Sm/Nd, чем в CHUR. Время, когда отношение Nd/ Nd (или параметр эпсилон) в исследуемом образце равнялось этому отношению в CHUR, называется модельным возрастом TCHUR (рис. 1.6). Фактически модельный возраст TCHUR возраст образца
Диаграмма эволюции Nd в различных резервуарах в терминах значений Єма. TCHUR модельный возраст, вычисленный относительно резервуара CHUR, Том модельный возраст, вычисленный относительно резервуара истощенной мантии, TDM(2st) двустадийный модельный возраст, вычисленный относительно резервуара истощенной мантии. обозначает время, когда неодим отделился от резервуара CHUR и перешел в кору.
Д. Депаоло, исследовав породы фундамента в Колорадо (DePaolo, 1981), получил, что начальные значения SNd для этих пород не совпадают со значениями CHUR, а попадают на линию эволюции истощенной мантии (depleted mantle - DM). Поэтому он пришел к выводу, что модельный возраст, вычисленный из значений DM, является более корректным, чем TCHUR) и рассчитывается следующим образом:
Расчет модельного возраста применим в том случае, если Sm/Nd отношение в образце не менялось с момента отделения от резервуара DM (или CHUR, если вычисляется модельный возраст относительно CHUR). Но исследования показывают, что в ряде случаев было возможно повторное фракционирование с изменением Sm/Nd отношения, и тогда, вычисленные значения TDM становятся бессмысленными. В случаях, когда Sm/Nd отношение близко к значению этого отношения в деплетированной мантии (где отношение Sm/ Nd =0.2136), линии эволюции образцов дают бесконечно древний возраст. В таких случаях используют так называемую двухстадийную модель (рис. 1.6), суть которой заключается в том, что измеренное Sm/Nd отношение в образце возникло в ходе процесса, который датирован независимым способом, а до этого момента отношение Sm/ Nd было близким к 0.12 - среднему для отделившегося от мантии корового вещества (Виноградов, 2004).
Изотопный состав Nd в терригенных осадочных породах зависит не только от распада bm после их отложения, но и от изначального изотопного состава Nd составляющих осадочную породу. Sm и Nd, как элементы группы РЗЭ, плохо растворимы в воде и быстро осаждаются в океанах вместе с осадочными частицами. Соответственно, они имеют довольно короткое время пребывания в воде (от 2.3 до 21 тыс. лет, что меньше времени перемешивания вод океанов (Goldstein, Jacobsen, 1988)) и практически не подвержены осадочным процессам, таким как химическое выветривание, перенос, отложение и диагенез. Соответственно, Sm-Nd модельные датировки осадочных пород, вычисленные на основе параметров истощенной мантии (DM - depleted mantle), отражают возраст пород, из которых они образовались, и могут быть полезными для идентификации их источников. Модельные датировки осадочных пород можно также интерпретировать как время, прошедшее с момента, когда Nd отделился от деплетированной мантии (DM). Поэтому модельный возраст TDM представляет собой "время пребывания в коре" и может использоваться для изучения взаимодействия между мантией и корой на протяжении всего геологического времени.
При добавлении молодого мантийного материала (ювенильного) к 143м, /144лт , осадочной породе во время отложения увеличивается отношение IN d/ IN d в ней и, соответственно, уменьшается ее модельный возраст. Поэтому, различие между модельными датировками обломочных пород и стратиграфическим возрастом зависит от количества ювенильного материала, добавленного во время отложения. С. Тэйлор и С. Макленнан (Тэйлор, Макленнан, 1988) сравнили разновозрастные осадочные породы с различных континентов с их модельными возрастами и получили, что TDM ДЛЯ осадочных пород с возрастом более 2 млрд. лет имеют тенденцию к корреляции со стратиграфическим возрастом, тогда как Том для более молодых пород сильно превышает стратиграфический возраст (рис. 1.7). Это объясняется тем, что осадочные породы, образовавшиеся более 2 млрд. лет, состоят главным образом из частиц, которые отделились от мантии лишь незадолго до своего отложения. После 2 млрд. лет осадки образовывались все в большей степени за счет эрозии пород, которые пробыли в коре достаточно долго и имеют отличный от мантии изотопный состав неодима. Тем не менее, вклад ювенильного материала в кору продолжается до настоящего времени, поэтому модельные датировки молодых осадочных пород обычно меньше, чем для протерозойских пород, но сильно отличны от стратиграфического возраста. Поэтому TDM принято использовать для древних, преимущественно протерозойских осадочных пород, поскольку их модельные датировки близки к возрастам источнику сноса. Для фанерозойских осадков более удобно использовать параметр SNd(t), который показывает, насколько отношение Nd/ Nd в породе на время ее образования отличалось от этого отношения в однородном хондритовом резервуаре (CHUR).
Краткий геологический обзор фундамента и докарбонового осадочного чехла
За последние 30 лет проведено множество геологических, геофизических и изотопно-геохронологических исследований Сибирской платформы. Изотопно-геохронологические данные в сочетании с геолого-геофизическими материалами по открытым территориям позволили исследователям определять тип тектонических структур и время их стабилизации. На данный момент существует множество схем строения Сибирского кратона (напр. Глебовицкий и др., 2008; Розен, 2003; Смелов и др., 2012; Смелов, Тимофеев, 2003), однако общепризнанная схема отсутствует. Автор отдает предпочтение тектонической схеме Глебовицкого и др. (2008), как наиболее современной и учитывающей все имеющиеся, как геолого-геофизические, так и изотопно-геохронологические данные.
Фундамент Сибирской платформы состоит преимущественно из архейских тектонических структур, которые были объединены во время палеопротерозойских коллизионных процессов (Глебовицкий и др., 2008). Глебовицкий с соавторами (2008) выделяют три типа структур фундамента: архейские тектонические структуры, ранние коллизионные пояса (2.1 - 1.9 млрд. лет) и поздние коллизионные пояса (1.9 - 1.8 млрд. лет). В пределах северо-востока Сибирской платформы (рис. 2.2) выделяются архейские гранит-зеленокаменные тектонические области (Оленекское поднятие), архейские гранулит-гнейсовые тектонические области (Анабарский щит) и Западно-Оленекский коллизионный пояс (1.9 - 1.8 млрд. лет) (Глебовицкий и др., 2008).
Распределение Sm-Nd модельных возрастов (Том) для основных структур Сибирского кратона (по Розен и др., 2006). Sm-Nd изотопные характеристики пород кристаллического фундамента изучались многими исследователями (напр. Ковач и др., 2000; Неймарк и др. 1998; Розен и др., 2006, Rosen, 2002). В работе О.М. Розена (2006) суммированы Sm-Nd модельные возрасты пород Анабарского и Алданского щитов по многочисленным оригинальным источникам и показаны на рис. 2.3. Sm-Nd модельные возрасты в совокупности с U-Pb данными по магматическим цирконам (Котов и др., 1999; Розен и др., 2006) позволили исследователям предположить, что отделение ювенильного вещества от мантии и становление архейских гранулит-гнейсовых и гранит-зеленокаменных террейнов произошло в течение двух крупных событий (около 3.0 и 2.6 млрд. лет). Время образования всех мобильных поясов раннего протерозоя охватывает более 300 млн. лет (2.1 - 1.8 млрд. лет). Поступление нового ювенильного вещества из мантии в период аккреции террейнов, по-видимому, не происходило, поскольку модельные датировки моложе 2.1 млдр. лет отсутствуют (Глебовицкий и др., 2008; Розен и др., 2006). Величины SNd(0) для щитов Сибирской платформы и образцов из некоторых скважин соответствуют древнекоровым характеристикам и не превышают значение -16.
Рифейские отложения начинают накапливаться на Сибирской платформе сразу после завершения аккреционных и коллизионных процессов в раннем протерозое. Они приурочены преимущественно к серии авлакогенов, протяженность которых составляет несколько сотен километров при ширине в несколько десятков километров (Мельников и др., 2005; Прокопьев и др., 2001). Время начала осадконакопления фиксируется возрастом самого молодого зерна (1670 млн. лет) обломочного циркона, выделенного из образца песчаника мукун-ской серии (Khudoley et al., 2007, 2015, Malyshev et al., 2007). Нижнерифейские отложения распространены не повсеместно и известны лишь на юго-востоке и на севере платформы. Они представлены красноцветными косослоистыми кварцевыми песчаниками, гравелитами и конгломератами, которые перекрываются доломитами (Петров, 2013). Стратиграфическая схема средне- и верхнерифейских отложений была основана М. А. Семихатовым и
С. Н. Серебряковым (1983), которая в дальнейшем использовалась в работах М. Ю. Шенфиля (1991) и Н. В. Мельникова и др. (2005) и значительно уточнена в работах А. К. Худолея и др. (2007, 2015). Средне- верхнерифейские отложения распространены на большей части платформы и наиболее полный разрез находится в юго-восточной части Сибирской платформы (Семихатов, Серебряков, 1983), который представлен прибрежно- морскими, лагунно морскими и реже континентальными породами: доломитами, известняками, мергелями, песчаниками, алевролитами и сланцами. Мощность рифейских отложений в авлакогенах составляет 2-4 км и сокращается на плечах до 1 км. В удалении от авлакогенов их мощность обычно не превышает нескольких сотен метров (Прокопьев и др., 2001). Sm-Nd изотопные характеристики нижнерифейских песчаников и верхнедокембрийских толщ практически не изучались. Единичные данные по песчаникам мукунской серии показывают архейские модельные возрасты (TDM) И низкие значения єш, ОТ -25 до -30 (Худолей и др, 2007; Купцова и др., 2011), что свидетельствует о том, что при накоплении рифейских толщ источником обломочного материала был фундамент Сибирской платформы.
Венд-нижнепалеозойские преимущественно карбонатные отложения распространены практически на всей площади платформы (Прокопьев и др., 2001). Отсутствие их на Алдано-Становом и Анабарском щитах и на ряде поднятий обусловлено размывом после девонского рифтогенеза. Вендские отложения трансгрессивно перекрывают различные части разреза рифея и во многих районах залегают непосредственно на кристаллическом фундаменте. Они имеют сходное строение по всей площади и представлены мелководными кварцевыми морскими песчаниками и перекрывающими их доломитами и известняками, которые слагают большую часть разреза (Шенфиль, 1991). В кембрии, в период максимальной трансгрессии накапливаются эвапориты во внутренней юго-западной части бассейна и карбонаты и глинистые породы в северо-восточной части, которая имела связь с мировым океаном. Мощность венд-нижнепалеозойских отложений оценивается в 0.5 - 3 км. Ордовикские и силурийские отложения в центральных и юго-западных районах платформы представлены пестроцветными глинисто-карбонатными, местами сульфатоносными породами (Прокопьев и др., 2001). Sm-Nd характеристики венд-нижнепалеозойских толщ не изучались.
Среднедевонско-нижнекаменноугольные отложения имеют весьма ограниченное распространение и их формирование связано с процессами рифтогенеза, проявленного на восточной окраине платформы. Средне-верхнедевонские и нижнекаменноугольные осадочные и вулканогенно-осадочные образования выполняют линейные грабены, которые начинаются в районе фронта Верхоянского складчато-надвигового пояса и затухают вглубь платформы (Прокопьев и др., 2001). Они представлены преимущественно карбонатными породами с гипсами и ангидритами и местами заключают покровы эффузивов. Наибольшую мощность среднепалеозойские образования имеют в Кемпендяйской впадине (Вилюйская синеклиза) - до 6 км, в других впадинах их мощность оценивается в 2-3 км. Sm-Nd изотопные исследования данных толщ автору не известны.
Среднекаменноугольно-нижнемеловые терригенные отложения пассивной окраины и предгорного прогиба северо-востока Сибири: геохимические и Sm-Nd изотопные характеристики, источники сноса
Эволюция Nd изотопной системы в терригенных осадках карбон-нижнемелового возраста северо-востока Сибирской платформы. 1 - образцы из Оленекского района, 2 - образцы из Приленского района, 3 - образцы из Хараулахского района. Выделенные поля: кристаллический фундамент (Ковач и др., 2000; Розен и др., 2006), таймырские песчаники (Khudoley et al., 2011), офиолит Челюскин (Vernikovskiy et al., 1994), трапповые базальты (GEOROC; Lightfoot et al., 1993).
Проанализированные образцы каменноугольного возраста были отобраны в северной и южной частях Хараулахского района. Sm-Nd изотопные характеристики образцов из северной части имеют широкий спектр значений SNd(t) от -10.4 до -1.3, в то время как значения SNd(t) для четырех образцов из южной части района лежат в узком интервале от -3.6 до -2.2. Пермские образцы ИМеЮТ более ОДНОРОДНЫЙ ИЗОТОПНЫЙ СОСТаВ НеОДИМа СО ЗНачеНИЯМИ SNd(t), лежащими в интервале от -6 до -3, за исключением двух образцов с более отрицательными значениями (-12 и -11). Триасовые образцы из Оленекского и Приленского районов имеют схожие значения SNd(t) с вариациями в пределах от -6 до +1. Увеличение значений SNd(t) в триасе связано с добавлением более ювенильного вещества в осадочный бассейн. В осадках юрского возраста наблюдается широкий спектр значений SNd(t) от -12 до -2. В течение юры значения SNd(t) постепенно снижаются в область коровых значений, что указывает на смену конфигурации источников сноса. Влияние различных источников сноса на разные части бассейна в юре демонстрирует разница в
Диаграмма SNd(t) - Th/Sc (по McLennan et al., 1993). Серый круг соответствует усредненному составу верхней коры. значениях SNd(t) для юрских образцов из Оленекского и Приленского районов. Меловые песчаники Оленекского и Приленского районов имеют однородные изотопные характеристики с коровыми значениями SNd(t), лежащими в пределах от -15 до -19. отношением Th/Sc в районе 1.0, что соответствует характеристикам верхней и древней коры. Карбон-юрские точки расположены вдоль линии смешения молодых основных пород, и верхнекоровых кислых источников. Среди них можно выделить точки, соответствующие триасовым породам, расположение которых на диаграмме смещено в сторону основных источников по обоим показателям (sNd(t) и Th/Sc отношение), относительно других точек. Группа пермских и юрских точек занимает на диаграмме немного более широкую область, со смещением в сторону кислой компоненты, относительно каменноугольных и триасовых точек. Это указывает на довольно гетерогенный источник сноса с участием более кислых пород. Меловые точки лежат отдельно от остальных и имеют SNd(t) и Th/Sc отношение, соответствующие коровым источникам.
Большая часть фундамента северной части Сибирской платформы представлена архейской корой, переработанной во время палеопротерозойских тектонических событий, когда в результате коллизии был сформирован фундамент Сибирской платформы (Глебовицкий и др., 2008, Розен и др., 2006, Смелов и др., 2001, Smelov, Timofeev, 2007). В пределах северо-востока Сибирской платформы выделяются архейские гранит-зеленокаменные тектонические области (Оленекское поднятие), архейские гранулит-гнейсовые тектонические области (Анабарский щит) и Западно-Оленекский коллизионный пояс (1.9 - 1.8 млрд. лет) (Глебовицкий и др., 2008). Sm-Nd изотопные характеристики древней коры Сибирской платформы имеют архейские модельные возрасты (TDM) ОКОЛО 2.5 - 3.1 млрд. лет и значения єш(0) от -16 и ниже (Ковач и др., 2000; Розен и др., 2006). Например, средний модельный возраст Анабарского и Маганского блоков Центральной гранулит-гнейсовой области (Глебовицкий и др., 2008) составляет около 2.85 млрд. лет, при значении єш -25 и -30, соответственно. Чуть более высокие величины єш(0) от -30 до -14 фиксируются и для Билляхской и Котуйканской зон меланжа (Молчанов и др. 2011, Смелов и др., 2012). Терригенные осадочные комплексы раннерифейского возраста, перекрывающие кристаллический фундамент имеют схожие Nd изотопные характеристики с магматическими и метаморфическими породами фундамента и имеют TDM ОКОЛО 2.6 млрд. лет (Купцова и др., 2011). Вышележащие верхнепротерозойские и нижнепалеозойские платформенные отложения, вплоть до каменноугольных толщ, сложены преимущественно карбонатами. В качестве молодого источника обломочного материала могут выступать широко распространенные в западной части платформы Сибирские траппы, Sm-Nd изотопные характеристики которых изучены довольно хорошо и показывают значения SNd(t) на возраст 250 млн. лет от -10 до +8 с пиком значений в районе 0 —\-2 (GEOROC; Lightfoot et al., 1993).
Изотопные Sm-Nd характеристики комплексов из обрамляющих складчатых поясов изучались не повсеместно, но, тем не менее, в распоряжении автора имеются некоторые литературные данные. Таймыр является наиболее близким к области исследований складчатым поясом. В составе Таймыра присутствуют позднепротерозойские и раннепалеозойские осадочные комплексы, которые являются продуктами разрушения локальных источников сноса, в состав которых входят протерозойские ювенильные породы. В результате позднепалеозойской коллизии Карского террейна и северной окраины Сибири на территории Таймыра могли возникнуть горы, с которых обломочный материал мог поступать в соседние осадочные бассейны (Ершова и др., 2013; Прокопьев и др., 2013). Единичные Sm-Nd данные сводятся к следующему: позднепротерозойские коллизионные граниты имеют значения єш(0) от -7 до 0 (Vernikovskaya et al., 2002), позднепермские и раннетриасовые постколлизионные граниты от -8 до +2 (Vernikovsky et al., 2001), а позднерифейские плагиограниты с мыса Челюскин имеют єш(0) = -5.6 (Vernikovskiy et al., 1994).
Sm-Nd характеристики некоторых комплексов юго-западной окраины Сибирской платформы показывают широкий спектр значений єш- Например, позднерифейские граниты Енисейского кряжа имеют значения єш(0) от -15 до -10 (Vernikovsky et al., 2007), а щелочные магматические комплексы от -6 до +1 (Романова и др., 2012). В то же время в юго-западной части Сибири известны позднепротерозойские офиолитовые комплексы с мантийными значениями єш(0) = +7.1 (Khain et al., 2003). Изотопные исследования фундамента Западно-Сибирской платформы не проводились, но они являются продолжением структур Казахстана и, скорее всего, имеют сходные изотопные характеристики. Для магматических комплексов Казахстана установлен широкий разброс Nd изотопных характеристик, отражающий наличие в его составе как ювенильных пород, так и блоков континентальной коры (напр., Дегтярев и др., 2012; Kroner et al., 2013).
Таким образом, складчатые области, обрамляющие Сибирскую платформу, имеют довольно пестрый Nd изотопный состав со значениями єш, лежащими преимущественно в пределах от -10 до +2. В случаях распространения в области сноса древней коры, значения эпсилон могут понижаться, и, в свою очередь, при наличии офиолитов могут резко повышаться.
Краткий геологический обзор фундамента и осадочных последовательностей мезопротерозойско-мезозойской пассивной окраины, входящих в состав пояса форланда и Оминика
Треугольные диаграммы (QFL), где Q - кварц, F - полевые шпаты, L -обломки пород, включая кремни. Диаграммы а, б, в иллюстрируют состав песчаников соответствующих групп - лититовой, вулкано-лититовой и кварцевой (Potocki, Hutcheon, 1992).
фрагментами, но в некоторых песчаниках наблюдается доминирование либо полевых шпатов, либо обломков вулканических пород. Среди полевых шпатов более распространены плагиоклазы, нежели калиевые шпаты (Ross et al., 2005). Песчаники данной группы, вследствие их довольно разнообразного минерального состава, авторы классифицируют как литарениты, полевошпатовые арениты и лититовые ар козы (рис. 3.18). Низкая степень зрелости песчаников свидетельствует о первом цикле отложения, а не о рециклинге более древних осадков. Также для вулкано-лититовых песчаников характерен матрикс, в основном хлоритовый, который имеет как детритовое, так и диагенетическое происхождение (Potocki, Hutcheon, 1992).
Кутней, когда происходил размыв кварцевых осадочных толщ пояса форланда. На втором этапе (альб-апт) кварцевые осадочные породы накапливались в восточной части прогиба в серии Манвилл, которая является эквивалентной серии Блэймор, тогда как серия Блэймор представлена преимущественно лититовыми песчаниками. Лититовые песчаники второго и третьего этапа, в отличие от песчаников первого этапа осадконакопления, содержат в своем составе меньше обломков осадочных пород, в особенности кремней (Ross et al., 2005). Вулкано-лититовые песчаники содержатся в отложениях второго и третьего этапов осадконакопления, и их главной их особенностью является наличие в их составе обломков метаморфических и магматических пород (рис. 3.19, Potocki, Hutcheon, 1992).
Предполагаемый состав источника сноса обломочного материала определялся по диаграммам с участием La, Sc, Со, Th, Cr, V. Содержания перечисленных элементов в терригенных породах передового прогиба Скалистых Гор приведены в таблице А1 (приложение А). В изученных образцах низкая величина отношения Cr/V (0.4 - 2.0) при невысокой концентрации хрома (менее 100 г/т в большинстве образцов) исключает возможность широкого развития ультраосновных пород в источниках сноса. На диаграмме отношений совместимых и несовместимых элементов (La/Sc и Co/Th) фигуративные точки проанализированных образцов занимают широкое поле, концентрируясь преимущественно вблизи средних значений состава верхней коры и, реже, в области преимущественного размыва кислых и основных пород (рис. 3.20 А). В тоже время точки юрских образцов (первый этап осадконакопления) занимают меньшее по площади поле, нежели меловые. Из этого следует, что в меловое время размыву подвергались более разнообразные по составу источники сноса, чем в юрское время. Особенно стоит отметить позднемеловые образцы из серии Белли Ривер и свиты Виллоу Крик, в которых низкие значения отношения La/Sc и высокие значения отношения Co/Th указывают на широкое развитие в источнике сноса пород основного состава. На диаграмме Th/Sc - Zr/Sc (рис. 3.20 Б) все образцы, за исключением вышеупомянутых четырех позднемеловых образцов, лежат вдоль тренда перемыва осадков. Причем, как и на диаграмме совместимых и несовместимых элементов, образцы первого этапа сосредоточены в более узком поле, чем меловые.
Такое расположение точек свидетельствует, что их накопление происходило в схожих тектонических условиях, но в меловое время спектр источников сноса был явно шире, чем в юрское время. Величина отношения Zr/Sc в четырех позднемеловых образцах составляет от 9 до 12, и располагаются они в области влияния состава источника сноса. Вероятнее всего, это указывает на появление в позднем мелу локального источника сноса основного состава.
Распределение РЗЭ в изученных образцах дополняет имеющуюся картину (рис. 3.21). Величина нормализованного к хондриту отношения лантана к лютецию (La/Lu)n колеблется от 6.0 до 16.2, но средние значения для юрских, меловых и палеогеновых пород составляют 8.81, 8.79 и 8.0 соответственно.
Отношение Eu/Eu колеблется от 0.62 до 1.14, составляя в среднем 0.84 как для юрских, так и меловых отложений. Сравнивая полученные характеристики распределения РЗЭ с таковыми для среднего по составу аргиллита (PAAS -пост-архейский австралийский сланец (Тейлор, Мак-Леннан, 1988; Condie, 1993)), необходимо отметить, что в изученных нами терригенных породах величина нормализованного отношения (La/Lu)n заметно ниже, чем в PAAS (13.6), а величина Eu/Eu , наоборот, заметно выше, чем в PAAS (0.66), что характеризует увеличение роли пород основного состава в источнике сноса относительно их средней распространенности на земной поверхности. Наиболее высокие значения Eu/Eu (0.95-1.14), близкие к таковым в океанических базальтах (1.00), наблюдаются в уже упоминавшихся четырех пробах из отложений верхнего мела, указывая, что их источник сноса состоял в основном из пород основного состава.
Sm-Nd изотопные данные для осадочных комплексов передового прогиба просуммированы в таблице Б2 (приложение Б) и приведены на рис. 3.22. Значения SNd(t) всех исследованных образцов находятся в интервале от —15 до -1, и модельные возрасты TDM ОТ 900 до 1820 млн. лет. Для пород первого и второго этапа осадконакопления (юра - нижний мел) значения SNd(t) варьируют от —10 до —5 (TDM ОТ 1300 до 1600 млн. лет), что характеризует смешанный источник из девон-триасовых комплексов пассивной окраины. Для пород третьего этапа осадконакопления (верхний мел - палеоцен) характерен более широкий интервал значений SNd(t) - от —15 до —1 (TDM ОТ 900 до 1820 млн. лет), что указывает на появление новых источников сноса - серии Белт-Перселл и фрагментов кристаллического фундамента с относительно низкими значениями SNd(t), так и более ювенильных комплексов с SNd(t), близкими к нулю.