Литология и полезные ископаемые, 2022, № 3, стр. 231-251

ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ПОЗИЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ СТРОЕНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ

Западно-Сахалинский террейн, входящий в состав мезозойско-кайнозойского Сахалинско-Камчатского орогенного пояса, рассматривается как один из ключевых тектонических элементов, изучение которых позволяет правильно понять процесс геодинамического взаимодействия в меловое время Евразиатского континента и прилегающей океанической плиты Изанаги [Геодинамика …, 2006; Голозубов, 2006; Малиновский, 2018]. Террейн представляет собой крупный тектонический блок, вытянутый в субмеридиональном направлении вдоль побережья Татарcкого пролива на 650 км (рис. 1). От расположенных к востоку мел-палеогеновых субдукционно-аккреционных террейнов Восточного Сахалина он отделен Тымь-Поронайской системой разломов [Голозубов и др., 2016; Зябрев, 1992]. На западе террейн уходит под воды Татарского пролива, ограничиваясь Западно-Сахалинской системой разломов, а на юге продолжается в виде пояса Сорачи-Йезо (о. Хоккайдо, Япония) [Жаров, 2004; Fournier et al., 1994].

Рис. 1.

Схема расположения Западно-Сахалинского террейна в структуре юга Дальнего Востока России и объединенные стратиграфические колонки меловых отложений. 1 – конгломераты и гравелиты; 2 – песчаники; 3 – алевролиты и аргиллиты; 4 – ритмичное переслаивание песчаников, алевролитов и аргилллитов; 5 – туфы и туффиты; 6 – угли.

Террейн сложен меловыми и кайнозойскими терригенными и, в меньшей степени, вулканогенными образованиями общей мощностью до 17000 м [Зябрев, 1992; Малиновский, 2018, 2021; Опорный …, 1987]. Альб-датские образования террейна, имеющие мощность до 9000 м, представлены главным образом толщами терригенных пород – песчаников, алевролитов и аргиллитов, содержащих многочисленные пачки ритмичного переслаивания песчаников, алевролитов и аргиллитов, а также горизонты и линзы конгломератов, гравелитов, значительно реже туфов, т-ефроидов, туффитов, углей [Геология …, 2004; Зябрев, 1992; Малиновский, 2018; Опорный разрез …, 1987]. Отложения в различной степени дислоцированы и с размывом, но без углового несогласия перекрываются кайнозойскими образованиями [Голозубов и др., 2016]. Севернее и южнее широты г. Углегорска отложения террейна, как установлено многочисленными исследованиями [Зябрев, 1987; Геология …, 2004; Голозубов и др., 2016], отличаются по мощности и обстановкам осадконакопления.

На юге террейна разрез меловых отложений, имеющий суммарную мощность до 5050 м, расчленен на 4 согласно перекрывающих друг друга свиты (см. рис. 1). Их строение и состав следующие. Залегающая в основании видимого разреза айская свита (альб), мощностью до 600 м, сложена преимущественно алевролитами и аргиллитами, содержащими редкие тонкие прослои песчаников и туффитов. В основании вышележащей найбинской свиты (альб‒сеноман) преобладают песчаники, содержащие тонкие прослои алевролитов и аргиллитов, редкие горизонты конгломератов и гравелитов, а также пачки ритмичного переслаивания песчаников и алевролитов. В верхней части свиты основная роль принадлежит алевролитам и аргиллитам с редкими прослоями песчаников и пачками ритмичного переслаивания песчаников, алевролитов и аргиллитов. Мощность свиты – от 600 до 850 м. Быковская свита (сеноман-кампан) представляет собой довольно монотонную толщу, сложенную алевролитами и аргиллитами, разделяемыми редкими маломощными пластами песчаников, туфов, а также пачками ритмичного переслаивания песчаников, алевролитов и аргиллитов. Мощность свиты изменяется от 1900 до 2700 м. Красноярковская свита (кампан–даний) в нижней части состоит из переслаивающихся песчаников и алевролитов, горизонтов и линз конгломератов и гравелитов. В верхней части преобладают песчаники и алевролиты, часто туфогенные, с горизонтами гравелитов, туфов и туффитов. Мощность свиты ‒ до 900 м.

В северной части террейна суммарная мощность меловых отложений увеличивается до 10 700 м. Здесь выделяются 6 свит. В основании разреза залегает альб-сеноманская побединская свита, в составе которой преобладают песчаники, иногда туфогенные, содержащие прослои алевролитов, аргиллитов, гравелитов и конгломератов, а также туфов и туффитов. В нижней и средней частях разреза свиты присутствует многочисленные пачки ритмичного переслаивания песчаников и алевролитов. Мощность свиты колеблется от 1500 до 2800 м. Тымовская свита (сеноман‒турон) сложена в основном алевролитами и аргиллитами, содержащими прослои песчаников и пачки ритмичного переслаивания песчаников и алевролитов. Мощность свиты ‒ до 2700 м. Верблюжегорская свита (коньяк) состоит в основном из песчаников, содержащих прослои и линзы алевролитов, аргиллитов, конгломератов и гравелитов. Редко встречаются пачки грубого ритмичного переслаивания песчаников и алевролитов. Мощность свиты ‒ до 1800 м. На самом севере террейна возрастным аналогом верблюжегорской свиты является локально распространенная угленосная арковская свита, в строении которой доминируют грубозернистые песчаники, содержащие прослои алевролитов, гравелитов и конгломератов, а также пласты каменного угля. Общая мощность свиты изменяется от 500 до 2000 м. В нижней части сантон-кампанской жонкьерской свиты преобладают алевролиты и аргиллиты с прослоями песчаников и пластами углей. Выше по разрезу появляются пачки ритмичного переслаивания песчаников и алевролитов, горизонты гравелитов и конгломератов. Верхняя же часть свиты состоит из песчаников с редкими прослоями и линзами алевролитов, конгломератов и гравелитов, а также пластами угля. Общая мощность свиты – от 1000 до 2200 м. Красноярковская свита (кампан-даний) этой части террейна имеет мощность до 1200 м и сложена преимущественно чередующимися песчаниками и алевролитами, ч-асто туфогенными, содержащими горизонты конгломератов, гравелитов, туфов и туффитов, а в верхней части пласты угля. Влияние на осадконакопление обеих частей террейна синхронного андезитового и базальтового вулканизма было незначительным и устанавливается в основном в сеноманское и маастрихт-датское время, при накоплении отложений побединской и красноярковской свит [Голозубов и др., 2016; Малиновский, 2018].

Особенности строения и состава меловых отложений террейна свидетельствуют о накоплении осадков в морских обстановках – как глубоководных, так и значительно более мелководных. О мелководности обстановок, характерных для отложений арковской, жонкьерской и красноярковской свит, свидетельствуют их текстурные особенности, присутствие грубообломочных пород, остатки мелководной фауны, обильный растительный детрит, а также наблюдаемые переходы в континентальные угленосные отложения [Малиновский, 2018]. Среди глубоководных отложений выделяются толщи илов, накапливавшихся в условиях бассейновой равнины и нижней части континентального склона, и турбидитов, формировавшихся в обстановках подводного континентального склона и его подножья [Зябрев, 1992]. Основными агентами транспортировки и отложения обломочного материала были гравитационные потоки различной плотности, состава и происхождения. По данным работы [Зябрев, 1992], перемещение обломочного материала происходила в восточном направлении.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектами исследования были песчаные породы из меловых отложений Западно-Сахалинского террейна. В ходе полевых работ 2007–2015 гг. изучены и опробованы 32 разреза и большое количество отдельных точек, представляющих все стратиграфические подразделения северной и южной частей террейна и расположенных в береговых обнажениях рек и ручьев, на побережье Татарского пролива, а также в карьерах и придорожных выемках. В качестве основного объекта изучения выбраны песчаные породы, поскольку они наиболее информативны при определении состава источников питания и геодинамической природы бассейнов седиментации.

Изучение петрографического состава пород, контроль отсутствия вторичных преобразований в породах, которые могут в дальнейшем сказаться на полученных аналитических данных, а также определение и подсчет содержания основных породообразующих компонентов и тяжелых обломочных минералов осуществлялись при помощи поляризационных микроскопов МИН-8 и Axioplan 2 imaging. Методика минералого-петрографических исследований традиционная, многократно апробированная, ее детали приведены в целом ряде публикаций [Малиновский и др., 2005, 2006; Маркевич и др., 1987 и др.]. Химический состав тяжелых минералов исследовался на рентгеноспектральном микроанализаторе JXA-8100. Содержание петрогенных элементов определялось методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на спектрометре iCAP 6500 Duo. Концентрации редких и редкоземельных элементов (РЗЭ) устанавливались методом плазменной спектрометрии (ICP-MS) на квадрупольном масс-спектрометре Agilent 7500с. Все исследования выполнены в лабораториях аналитической химии и рентгеновских методов Аналитического центра (ЦКП) ДВГИ ДВО РАН (г. Владивосток).

ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ ПОРОД

Для определения тектонического типа и состава пород областей питания, а также выяснения палеогеодинамических обстановок формирования меловых отложений Западно-Сахалинского террейна, изучен вещественный состав песчаных пород: состав и содержание породообразующих компонентов и тяжелых обломочных минералов, химический состав некоторых из них, а также геохимические особенности пород в целом. Использовались средние, сгруппированные по свитам, значения некоторых из перечисленных параметров вещественного состава, что позволило установить наиболее общие закономерности их распределения, а также получить максимально объективные результаты геодинамической интерпретации.

Песчаные породы во всех изученных свитах изменяются от мелко- до крупнозернистых и даже гравелистых, иногда они неравномернозернистые. Сортировка средняя и хорошая, которая с увеличением размерности часто ухудшается. Зерна обычно угловатые и угловато-окатанные, реже окатанные, изометричные и удлиненные. Наиболее хорошо окатаны зерна кварцитов, кремнистых и терригенных пород, а наименее – вулканических. Иногда в песчаниках присутствуют рассеянные по всему объему породы мелкие (до 2 см) бесформенные обрывки алевролитов и обугленный растительный детрит.

По соотношению породообразующих компонентов меловые песчаники Западно-Сахалинского террейна однотипны и относятся к полимиктовым. Обломочная часть песчаников, занимающая 60–80% объема породы, состоит из кварца, полевых шпатов, а также обломков кварцитов, эффузивных, терригенных и кремнистых пород. На классификационной диаграмме В.Д. Шутова [1967] (рис. 2) песчаники образуют единое поле и относятся, главным образом, к кварц-полевошпатовым и, реже, полевошпатово-кварцевым грауваккам. Содержание кварца в песчаниках колеблется от 16 до 40%. Наибольшее его количество отмечается в породах арковской свиты северной части террейна, а наименьшее – в вулканогенных отложениях красноярковской свиты его обеих частей. Кварц в основном монокристаллический, остроугольный, изометричный либо слабо удлиненный, часто с волнистым погасанием, что характерно для кварца из эффузивных пород [Симанович, 1978]. Поликристаллический кварц редок. Полевых шпатов в песчаниках от 27 до 51%. Это преимущественно (до 90% всех полевых шпатов) удлиненные, таблитчатые, реже изометричные зерна кислых плагиоклазов – альбита и олигоклаза. Основные и средние плагиоклазы, а также калиевые полевые шпаты встречаются значительно реже (не более 8%). Обломки пород, составляющие в сумме от 26 до 50% всех зерен, представлены в основном кремнистыми, терригенными и эффузивными породами, при этом содержание каждой из групп колеблется от 30 до 65% всех обломков. Значительно более редки кислые интрузивные породы, кварциты и кварц-серицитовые сланцы. Кроме того, в песчаниках некоторых уровней разреза присутствует незначительная примесь пирокластики: остроугольных зерен полевых шпатов, основных и средних эффузивов, вулканического стекла. Таким образом, петрографический состав песчаных пород позволяет предполагать, что источниками обломочного материала были древние осадочные, гранитно-метаморфические и вулканические породы. Кроме того, на осадконакопление определенное влияние оказывали и синседиментационные вулканические процессы, поставлявшие в бассейн основную-среднюю пирокластику.

Рис. 2.

Классификационная диаграмма типов песчаных пород из меловых отложений Западно-Сахалинского террейна (частные значения) [Шутов, 1967]. Поля типов песчаников: 1‒4 – кварцевые песчаники (1 – мономиктовые кварцевые, 2 – кремнекластито-кварцевые, 3 – полевошпатово-кварцевые, 4 – мезомиктовые кварцевые); 5 – чистые или собственно аркозы; 6 – граувакковые аркозы; 7 – кварцевые граувакки; 8 – полевошпатово-кварцевые граувакки; 9 – собственно граувакки; 10 – кварцево-полевошпатовые граувакки; 11 – полевошпатовые граувакки; 12 – кристаллотуфы. Песчаники из южной (1) и северной (2) части террейна.

В песчаниках террейна изучены состав тяжелой фракции песчаников, общее содержание в ней тяжелых обломочных минералов, соотношение их ассоциаций и химический состав некоторых из них. Тяжелая фракция составляет 0.01–1.0% всего объема породы, редко достигая 2%. На рис. 3 показаны среднее содержание и характер распределения тяжелых минералов в различных свитах обеих частей террейна. Все минералы подразделяются на две ассоциации: сиалическую, происходящую из кислых изверженных и метаморфических пород и фемическую, связанную с основными и ультраосновными магматическими породами. Песчаники южной и северной частей террейна близки по набору и содержанию тяжелых минералов. В них преобладают (в обеих частях в среднем по 87%, а в некоторых свитах до 96%) минералы сиалической ассоциации. Количество фемических минералов невелико: среднее содержание по всем свитам составляет 13% и лишь в красноярковской свите обеих частей террейна, вероятно за счет примеси синседиментационной пирокластики, оно несколько выше (28 и 33%). Среди минералов сиалической ассоциации доминирует циркон, содержание которого в среднем по свитам на юге террейна составляет 39–45%, а на севере несколько выше – 36–66%, при этом в отдельных пробах – достигает 91%. Циркон представлен в основном бесцветными или розоватыми короткопризматическими и дипирамидальными кристаллами, иногда содержащими мелкие газово-жидкие включения, что является типоморфным признаком цирконов гранитных пород [Ляхович, 1979]. Кроме того, в этой ассоциации в заметных количествах присутствуют гранат (на юге в среднем по свитам 8–22%, на севере – 10–35%), турмалин (3–8 и 2–17% соответственно) и апатит (3–26 и 3–11%). Помимо этого, в отложениях юга террейна наблюдается повышенные содержания ильменита и связанного с ним лейкоксена (в сумме до 15% – в быковской свите), количество которых на севере незначительно. В фемической ассоциации основным минералом является хромит, среднее содержание которого составляет на юге 6%, а на севере 10%, при этом его количество постепенно увеличивается вверх по разрезу, достигая максимума в породах красноярковской свиты (13% на юге и 27% на севере). Вторым по значимости минералом ассоциации является магнетит (на юге в среднем 4%, на севере – 2%), содержание которого также увеличивается вверх по разрезу (в красноярковской свите 10 и 5% соответственно). Кроме того, в ассоциацию входят типичные минералы островодужной вулканокластики – роговая обманка, орто- и клинопироксены. Содержания этих минералов невелики: больше всего клинопироксена в найбинской и побединской свитах (3 и 2%), а роговой обманки – в красноярковской свите юга террейна (3%).

Рис. 3.

Среднее содержание и характер распределения тяжелых обломочных минералов в песчаниках мела Западно-Сахалинского террейна. 1, 2 – ассоциации минералов: 1 – фемическая, 2 – сиалическая. Минералы: Cr – хромит, Mt – магнетит, Opx – ортопироксен, Cpx – клинопироксен, Hb – амфибол, Ep – эпидот, Ilm – ильменит, Lcx – лейкоксен, Zr – циркон, Gr – гранат, Tu – турмалин, Ap – апатит, Sph – сфен, Rt – рутил, An – анатаз.

Геохимические особенности песчаных пород мела Западно-Сахалинского террейна подробно рассмотрены в предыдущей публикации [Малиновский, 2018]. Приведем лишь основные параметры. По химическому составу песчаники обеих частей террейна довольно однородны: содержание SiO₂ в среднем по свитам варьирует на юге от 64.74 до 70.24%, а на севере – от 65.54 до 75.70% (т.е. несколько выше). Вместе с тем, на севере террейна в песчаниках содержится меньше TiO₂ (0.43‒0.64% и 0.49‒0.71%), Al₂O₃ (11.67‒14.81% и 13.99‒15.40%), FeO + Fe₂O₃ (1.33‒4.59% и 3.50‒5.91%), MgO (0.69‒1.88% и 1.01‒1.11%), CaO (1.12‒1.74% и 1.19‒2.87%). Для всех исследованных песчаников характерно свойственное грауваккам преобладание Na₂O (2.18‒3.62% и 3.02‒3.98%) над K₂O (2.09‒2.99% и 2.28‒2.71%). По своим геохимическим параметрам песчаники относятся к грауваккам и лишь незначительная их часть по классификации [Петтиджон, 1981] характеризуется как лититовые арениты. По литохимическим модулям [Юдович, 1981; Юдович, Кетрис, 2000], используемым для получения достоверной информации о составе пород областей питания, степени их зрелости, литогенной либо петрогенной природе осадков, песчаники достаточно близки друг другу [Малиновский, 2018]. Они характеризуются: 1) невысоким уровнем зрелости (гидролизатный модуль ГМ = (Al₂O₃ + TiO₂ + + Fe₂O₃ + FeO + MnO)/SiO₂, от 0.18 до 0.35), что свидетельствует об их образовании за счет механического разрушения материнских пород при подчиненной роли химического выветривания, невысокая степень выветрелости исходных пород подтверждается и низкими значениями индекса химического изменения (CIA = [Al₂O₃/(Al₂O₃ + + СаO + Na₂O)] × 100) [Nesbitt, Young, 1982] – в среднем от 53 до 59); 2) уровнем фемичности (ФМ = (Fe₂O₃ + FeO + MnO + MgO)/SiO₂, в среднем 0.06‒0.13), соответствующим грауваккам; 3) невысокой титанистостью (ТМ = TiO₂/Al₂O₃, от 0.034 до 0.046), но повышенной нормативной щелочностью (НКМ = (Na₂O + K₂O)/Al₂O₃, в среднем 0.34‒0.45), что связано с присутствием в породах, с одной стороны, островодужной вулканокластики низкотитанистых (но высокоглиноземистых) серий, а с другой – обломков гранитоидов, которым также свойственны низкие значения ТМ, но высокие НКМ [Малиновский, 2010; Юдович, Кетрис, 2000]. Величины и соотношения литохимических модулей, а также положение их фигуративных точек на ряде модульных диаграмм [Малиновский, 2018; Юдович, Кетрис, 2000] свидетельствуют о принадлежности изученных пород к петрогенным, прошедшим один цикл седиментации – при формировании которых не происходило какой-либо существенной литодинамической сортировки обломочного материала.

По содержанию и закономерностям распределения редких и редкоземельных элементов (РЗЭ) песчаники обеих частей террейна также однотипны [Малиновский, 2018]. Суммарные концентрации РЗЭ в них относительно невелики: в среднем по свитам от 82 до 139 г/т. Спектры их распределения характеризуются умеренной степенью фракционирования с невысоким отношением легких лантаноидов к тяжелым (LaN/YbN = 5.79‒12.15), а также отчетливо выраженной отрицательной европиевой аномалией (Eu/Eu* = 0.68‒0.84). По сравнению с постархейским австралийским средним глинистым сланцем (PAAS) [Тейлор, Мак-Леннан, 1988], все песчаники незначительно обеднены как легкими, так и тяжелыми элементами (в 1.1–2.8 раза).

ПАЛЕОГЕОДИНАМИЧЕСКАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ПОЛУЧЕННЫХ ДАННЫХ

Палеореконструкции на основе результатов изучения вещественного состава меловых песчаников Западно-Сахалинского террейна осуществлялись с помощью дискриминантных диаграмм, построенных по данным о содержании и соотношении в песчаниках породообразующих компонентов и тяжелых минералов, а также ряда индикаторных оксидов, редких и РЗЭ элементов. На этих диаграммах авторами выделяются поля, характеризующие различные типы областей питания и геодинамических обстановок формирования отложений [Bhatia, 1983; Bhatia, Crook, 1986; Cullers, 2002; Dickinson, Suczek, 1979; Floyd, Leveridge, 1987; Garzanti, Ando, 2007; Maynard et al., 1982; Nechaev, Isphording, 1993; Roser, Korsch, 1986 и др.].

Вещественный состав изученных меловых песчаников Западно-Сахалинского террейна позволяет отнести их к петрогенным грауваккам, характеризующимся невысокой степенью зрелости кластического материала, источником которого были практически не претерпевшие химического преобразования материнские породы областей сноса. Реконструкция тектонических типов источников питания по составу породообразующих компонентов песчаников осуществлена при помощи диаграммы Q–F–L [Dickinson, Suczek, 1979] (рис. 4а). В соответствии с этой диаграммой, в состав питающей провинции могли входить как переходные, частично эродированные (IIIb), так и расчлененные, практически разрушенные окраинно-континентальные магматические дуги (IIIa), в которых эрозия достигла полнокристаллических батолитов, подстилающих вулканиты. На диаграмме, построенной по результатам изучения песков и песчаников, поднятых при глубоководном бурении в области питающих провинций магматических дуг Тихого океана и окраинных морей [Marsaglia, Ingersoll, 1992] (см. рис. 4б), рассматриваемые песчаники соответствуют главным образом породам, питающими провинциями для которых являются континентальные дуги, осложненные сдвиговыми дислокациями по трансформным разломам. Таким образом, отложения формировались за счет разрушения как собственно вулканических образований дуги, так и ее гранитно-метаморфического фундамента. Дополнительным источником сиалической кластики также могла быть и зрелая Евразиатская континентальная окраина, сложенная гранитно-метаморфическими и осадочными породами.

Рис. 4.

Возможные типы областей питания для песчаных пород мела Западно-Сахалинского террейна (здесь и далее – средние значения по свитам). а, б – по породообразующим компонентам: а – [Dickinson, Suczek, 1979], б – [Marsaglia, Ingersoll, 1992]. Q – кварц, L – обломки пород, F – полевые шпаты. Типы источников питания: I – устойчивые кратоны и поднятые блоки основания, II – ремобилизованные орогены, III – магматические дуги (IIIa – расчлененные, глубоко эродированные, IIIb – переходные, IIIc – нерасчлененные, слабо эродированные), IV – смешанные источники питания; в, г, д – по тяжелым обломочным минералам: в – MF–MT–GM и г – Opx–Hb–Cpx [Nechaev, 1991; Nechaev, Isphording, 1993]. Суммы содержаний: MF – оливина, пироксенов, зеленой роговой обманки; MT – эпидота, граната, сине-зеленых амфиболов; GM – циркона, турмалина, ставролита, дистена, силлиманита и андалузита. Opx – ортопироксен, Hb – амфибол, Cpx – клинопироксен; д – &–A–POS [Garzanti, Ando, 2007], где A – амфиболы и эпидоты, POS – клинопироксены, ортопироксены, оливины и хромиты, & – другие прозрачные минералы. Типы питающих провинций: 1 – континентальные блоки (кратоны и краевые части рифтов); 2 – коллизионные орогены; 3‒6 – магматические дуги: 3 – неэродированные, 4 – переходные слабоэродированные, 5 – переходные эродированные, 6 – сильноэродированные. 1‒10 – свиты: 1‒4 – южная часть террейна: 1 – айская, 2 – найбинская, 3 – быковская, 4 – красноярковская; 5‒10 – северная часть террейна: 5 – побединская, 6 – тымовская, 7 – верблюжегорская, 8 – арковская, 9 – джонкьерская, 10 – красноярковская.

Состав и определенные соотношения тяжелых обломочных минералов в песчаниках также позволяют достаточно уверенно судить о типе и составе материнских пород питающих провинций. Анализ соотношения ассоциаций тяжелых минералов в изученных песчаниках на диаграммах MF‒MT‒GM, Opx‒Hb‒Cpx и A‒&‒POS [Garzanti, Ando, 2007; Nechaev, 1991; Nechaev, Isphording, 1993] (см. рис. 4в, г, д) показывает, что область питания сочетала в себе два контрастных источника обломочного материала. Основным источником, формировавшим сиалическую ассоциацию минералов, служили гранитно-метаморфические породы фундамента энсиалической (окраинно-континентальной) магматической дуги, аналогом которой являются Японские острова, а также блоки зрелой континентальной коры (кратоны и краевые части рифтов), участвовавшие в строении восточной окраины Азии [Геодинамика …, 2006]. Вторым, подчиненным, источником кластики, поставлявшим в бассейн седиментации минералы фемической ассоциации, были основные и средние вулканиты дуги, а также ультраосновные интрузивные породы офиолитов, участвовавшие в строении ее основания. Смещение точек состава породообразующих компонентов и тяжелых минералов песчаников на всех приведенных на рис. 4 диаграммах преимущественно в области островодужных источников питания, объясняется, вероятно, примесью в них синседиментационной пирокластики.

Химический состав некоторых обломочных минералов позволяет выяснить тектонический тип и петрографический состав пород областей питания [Малиновский и др., 2006; Morton, Hallsworth, 1994; Nechaev, 1991; Nisbet, Pearce, 1977 и др.]. Наиболее информативны в этом отношении клинопироксены, роговые обманки, гранаты и хромиты, результаты изучения состава которых приведены в табл. 1. Клинопироксены в песчаниках террейна представлены диопсидом, авгитом, редко салитом. На дискриминантной диаграмме F₁‒F₂ [Nisbet, Pearce, 1977] (рис. 5а), устанавливающей их магматические источники, большинство изученных минералов попадает в поля, соответствующие клинопироксенам базальтов островных вулканических дуг, базальтов океанического дна и, частично, внутриплитных базальтов, которые, вероятно, участвовали в строении основания дуги. На этой же диаграмме хорошо видна близость клинопироксенов Западного Сахалина к подобным минералам раннемеловых песчаников и базальтов Кемского террейна Восточного Сихотэ-Алиня, являющегося фрагментом раннемеловой энсиалической Монероно-Самаргинской островной дуги [Малиновский и др., 2005]. Это сходство позволяет рассматривать дугу в качестве основного источника фемической кластики для изученных отложений.

Рис. 5.

Диаграммы составов тяжелых обломочных минералов из песчаников мела Западно-Сахалинского террейна и их вероятных магматических источников. а – для клинопироксенов [Nisbet, Pearce, 1987]: F₁ = –0.012SiO₂ – 0.0807TiO₂ + 0.0026Al₂O₃ – 0.0012FeO – 0.0026MnO + + 0.0087MgO – 0.0128CaO – 0.0419Na₂O; F₂ = –0.0496SiO₂ – 0.0818TiO₂ – 0.02126Al₂O₃ – 0.0041FeO – 0.1435MnO – ‒ 0.0029MgO – 0.0085CaO + 0.0160Na₂O (1, 2 – поля клинопироксенов из песчаников (1) и базальтов (2) Кемского террейна Сихотэ-Алиня [Малиновский и др., 2005]); б – для амфиболов [Nechaev, 1991]; в – для хромитов [Щека, Вржосек, 1983]; г – для гранатов [Teraoka, 2003].

Положение точек состава обломочных амфиболов на диаграмме Fe–Al–10Ti [Nechaev, 1991] (см. рис. 5б) также свидетельствует, что в состав источников питания входили вулканические породы островной дуги и, частично, метаморфические и ультраосновные интрузивные породы офиолитов, участвовавшие в строении как основания дуги, так и юрско-раннемеловых аккреционных комплексов Восточного Сихотэ-Алиня.

Присутствие хромитов в тяжелой фракции песчаников обычно указывает на участие в составе области питания ультраосновных и основных интрузивных и вулканических пород. Хромиты, встречающиеся в песчаниках террейна в достаточно больших количествах, подразделяются на два типа [Щека, Вржосек, 1983] (см. рис. 5в): с низким содержанием оксида титана (TiO₂ < 1.5%), происходящие из основных и ультраосновных магматических пород офиолитов, и с высоким его содержанием (TiO₂ > 1.5%) – из щелочных внутриплитных базальтов.

Большинство гранатов из песчаников Западного Сахалина, относится к группе альмандина (Al₂O₃ – 18.70‒23.11%, FeO + Fe₂O₃ – 13.55‒39.06%) и лишь иногда они содержат небольшое количество гроссуляровой либо спессартиновой составляющей. Расположение фигуративных точек состава гранатов на диаграмме Mg‒Mn‒Ca [Teraoka, 2003] (см. рис. 5г) свидетельствует об их соответствии гранатам из метаморфических пород гранулитовой, амфиболитовой и более низких фаций метаморфизма, а также из кислых интрузивных пород. Их источниками, очевидно, были зрелая континентальная земная кора и (или) основание энсиалической дуги, сложенные гранитоидами и метаморфическими породами.

Поскольку содержание и характер распределения петрогенных, редких и редкоземельных элементов в терригенных породах контролируются составом источников питания, их генетическая интерпретация позволяет получить дополнительную информацию о тектоническом типе и составе материнских пород областей питания. Характерные для меловых песчаных пород террейна умеренные значения литохимических модулей ФМ ЖМ, НКМ и ТМ, относительно невысокие концентрации РЗЭ, при незначительной обогащенности легкими элементами по сравнению с тяжелыми, а также умеренно выраженная отрицательная Eu аномалия позволяют предполагать участие в строении области питания как основных и средних вулканических, так и кислых изверженных пород. На диаграмме, предназначенной для разграничения питающих провинций различных типов и стадий развития островных дуг [Kiminami et al., 1992] (рис. 6а), песчаники террейна ложатся в поле пород, формировавшихся за счет разрушения окраинно-континентальной, значительно эродированной островной дуги. Положение фигуративных точек химического состава песчаных пород на диаграмме F₁‒F₂ [Roser, Korsch, 1988] (см. рис. 6б) позволяет предполагать участие в строении области питания как кислых изверженных, так и средних вулканических пород. Полученные выводы хорошо согласуются с положением точек состава РЗЭ на парных диаграммах Hf–La/Th [Floyd, Leveridge, 1987] и La/Sc–Th/Co [Cullers, 2002] (см. рис. 6в, г), где они попадают, главным образом, в поле кислых пород энсиалической (окраинно-континентальной) островной дуги, частично смещаясь в поле смешенного кислого/основного источника.

Рис. 6.

Возможные типы областей питания для песчаных пород мела Западно-Сахалинского террейна по геохимическим данным. а – типы питающих провинций магматических дуг [Kiminami et al., 1992]. Питающие провинции: IIA – островные океанические незрелые, EAI – слабоэродированные островные, DA – сильноэродированные островные, СА – окраинно-континентальные; б‒г – вероятные составы материнских пород питающих провинций на диаграммах: б – F₁–F₂ [Roser, Korsch, 1988], F₁ = 30.638TiO₂/Al₂O₃ – 12.541${\text{F}}{{{\text{e}}}_{2}}{\text{O}}_{3}^{*}$/Al₂O₃ + 7.329MgO/Al₂O₃ + 12.031Na₂O/Al₂O₃ + + 35.402K₂O/Al₂O₃ – 6.382; F₂ = 56.5TiO₂/Al₂O₃ – 10.879Fe₂O₃^*/Al₂O₃ + 30.875MgO/Al₂O₃ – 5.404Na₂O/Al₂O₃ + + 11.112K₂O/Al₂O₃ – 3.89; в – Hf–La/Th [Floyd, Leveridge, 1987]; г – La/Sc–Th/Co [Cullers, 2002]. Условные обозначения см. рис. 4.

Таким образом, область питания сочетала в себе глубоко расчлененную окраинно-континентальную (энсиалическую) дугу, в которых эрозия вскрыла батолиты гранитоидов, подстилавших вулканиты, и древнюю сиалическую сушу. Отложения формировались как за счет разрушения гранитно-метаморфических комплексов суши и фундамента дуги, так и вулканических образований самой дуги.

Определенные тектонические типы питающих провинций подразумевают существование и определенных геодинамических обстановок формирования связанных с ними бассейнов седиментации. Установить эти обстановки можно также путем сравнения вещественного состава пород изученных объектов с составом древних пород и современных осадков из бассейнов с известными тектоническими обстановками.

Реконструкция палеогеодинамических обстановок накопления меловых отложений Западно-Сахалинского террейна по породообразующим компонентам песчаников осуществляется при помощи диаграммы Q–F–L [Maynard et al., 1982] (рис. 7), на которой фигуративные точки изученных пород наиболее соответствуют обстановкам бассейнов, сопряженных с активными континентальными окраинами, осложненными сдвиговыми дислокациями по трансформным разломам типа Калифорнийского залива, а также бассейнов, связанных с окраинно-континентальными магматическими дугами. Анализ соотношения ассоциаций тяжелых обломочных минералов в песчаниках террейна на диаграмме MF‒MT‒GM [Nechaev, 1991; Nechaev, Isphording, 1993] (см. рис. 4в) указывает на накопление отложений в бассейне, связанном с обстановкой трансформного скольжения литосферных плит, примером которого могут служить бассейны Калифорнийской окраины [Christie-Blick, Biddle, 1985].

Рис. 7.

Возможные типы бассейновых обстановок для меловых отложений Западно-Сахалинского террейна, реконструированные по породообразующим компонентам песчаников [Maynard et al., 1982]. Бассейны: пассивных континентальных окраин (ТЕ), активных континентальных окраин, осложненных сдвиговыми дислокациями по трансформным разломам (SS); сопряженные: с окраинно-континентальной магматической дугой (CA), с океанической вулканической дугой (FA – преддуговые и BA – задуговые бассейны). L – обломки пород, Q – кварц, F – полевые шпаты. Условные обозначения см. рис. 4.

Палеогеодинамическая интерпретация геохимического состава песчаников террейна осуществлена при помощи дискриминантных диаграмм, приведенных на рис. 8. На серии диаграмм М. Бхатия и А. Крука [Bhatia, 1983; Bhatia, Crook, 1986] (см. рис. 8а‒е), применяющихся для разделения песчаников из бассейнов различных тектонических обстановок, изученные песчаники попадают либо приближаются к полям осадочных бассейнов, сопряженных с островными дугами, развитыми на зрелой континентальной коре, а также бассейнов активных континентальных окраин андийского типа, включающих в себя, в понимании ряда авторов [Bhatia, 1983; Maynard et al., 1982; Roser, Korsch, 1986], и окраины, осложненные сдвиговыми дислокациями по трансформным разломам. На диаграмме K₂O/Na₂O‒ SiO₂/Al₂O₃ [Maynard et al., 1982] (см. рис. 8ж), разделяющей тектонические обстановки самих бассейнов седиментации, песчаники, несмотря на некоторый разброс точек, ближе всего к пескам бассейнов, сопряженных с активными континентальными окраинами, которые осложнены сдвиговыми дислокациями по трансформным разломам, а также к пескам бассейнов, сопряженных с окраинно-континентальными магматическими дугами. Еще более однозначно обстановки накопления отложений террейна устанавливаются на диаграмме SiO₂‒K₂O/Na₂O [Roser, Korsch, 1986] (см. рис 8з), на которой большинство точек попадает в поле седиментационных бассейнов активных континентальных окраин, и лишь часть из них смещена в область бассейнов островных дуг. На появившихся в последнее время дискриминантных диаграммах DF₁–DF₂ для пород с высоким содержанием кремнезема (SiO₂ > 63%) [Verma, Armstrong-Altrin, 2013] (см. рис. 8и), фигуративные точки меловых песчаников занимают промежуточное положение между полями островодужных и рифтогенных обстановок, которые, в свою очередь, включают в себя и обстановки, связанные с трансформными границами плит [Маслов и др., 2019; Sengör, 1995; Sengör, Natal’in, 2001].

Рис. 8.

Палеогеодинамические обстановки формирования меловых отложений Западно-Сахалинского террейна на основании интерпретации геохимических данных. а‒е – типы седиментационных бассейнов [Bhatia, 1983; Bhatia, Crook, 1986]. Поля значений геохимических параметров древних песчаников из бассейнов, сопряженных: А – с океаническими, В – с континентальными островными дугами, С – с активными, D – с пассивными континентальными окраинами. ${\text{F}}{{{\text{e}}}_{2}}{\text{O}}_{3}^{*}$ – общее железо; ж – бассейновые обстановки [Maynard et al., 1982]. Пересекающиеся линии – стандартные отклонения от средних составов современных глубоководных песков из бассейнов различных геодинамических обстановок. Аббревиатуры см. рис. 7; з – бассейновые обстановки [Roser, Korsch, 1986]; и – возможные типы геодинамических обстановок для высококремнистых пород DF₁–DF₂ [Verma, Armstrong-Altrin, 2013]. Условные обозначения см. рис. 4.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, для реконструкции геодинамической обстановки формирования меловых отложений Западно-Сахалинского террейна, а также для определения тектонических типов и состава материнских пород вероятных источников питания, были изучены песчаные породы террейна: содержание и количественное соотношение породообразующих компонентов и тяжелых обломочных минералов, химический состав некоторых из них, а также геохимические особенности пород в целом.

В результате проведенных исследований установлено, что по своим минералого-геохимическим параметрам меловые песчаники террейна соответствуют грауваккам и являются петрогенными или “first cycle” породами. Они характеризуются слабой литодинамической переработкой пород источников питания, невысокой степенью зрелости обломочного материала, образовавшегося преимущественно за счет механического разрушения материнских пород как вулканического, островодужного, так и сиалического, континентального, происхождения.

Палеогеодинамическая интерпретация результатов изучения вещественного состава песчаных пород Западно-Сахалинского террейна подтверждает сделанные ранее выводы [Голозубов, 2006; Малиновский, 2018] о том, что в альб-датское время седиментация происходила вдоль границы континент‒океан в бассейне, связанном с крупномасштабными левосторонними трансформными скольжениями плиты Изанаги относительно Евразиатского континента.

В состав области питания, поставлявшей обломочный материал в седиментационный бассейн террейна, вероятно входило несколько различных источников. Доминирующим источником кластики была сиалическая суша, сложенная гранитно-метаморфическими и древними осадочными породами. Об этом свидетельствуют, в частности, достаточно высокое содержание кварца и кислого плагиоклаза в обломочной части песчаников, резкое преобладание минералов сиалической ассоциации среди обломочных минералов тяжелой фракции, а также химический состав обломочных гранатов. Следующим по значению, или даже равнозначным, источником кластики была зрелая глубоко расчлененная энсиалическая островная дуга. Островодужная природа этого источника устанавливается по граувакковому составу песчаников, присутствию типичных тяжелых минералов островодужной (фемической) ассоциации, химическому составу обломочных клинопироксенов, амфиболов и части хромитов, имеющему островодужные характеристики, и другим геохимическим особенностям изученных пород. Источником материала были вулканические образования дуги. Вскрытые эрозией гранитно-метаморфические породы ее фундамента служили еще одним, дополнительным, источником сиалической кластики. В целом, полученные данные позволяют предполагать, что этой дугой была раннемеловая Монероно-Самаргинская энсиалическая островная дуга, фрагменты которой установлены в хребте Сихотэ-Алинь в виде Кемского террейна [Малиновский и др., 2005]. И, наконец, еще одним, второстепенным, источником фемической кластики были фрагменты домеловых активных окраин, и в первую очередь юрско-раннемеловых аккреционных призм, прослеживающихся в виде практически непрерывной полосы вдоль восточной окраины Азии. В их строении участвовали океанические комплексы, в том числе офиолиты, об этом свидетельствует присутствие среди тяжелых минералов песчаников хромитов, магнетитов, пироксенов и амфиболов, обладающих внутриплитными характеристиками. К альбу – началу накопления отложений террейна эти комплексы были выведены эрозией на поверхность, и в дальнейшем их влияние на процессы осадконакопления в качестве источника вещества, судя по нарастанию вверх по разрезу содержания вышеуказанных минералов, и особенно хромита, заметно увеличивалось, достигнув своего максимума в кайнозойское время [Малиновский, 2021].

Таким образом, область питания для меловых отложений Западно-Сахалинского террейна была гетерогенной. Основными источниками обломочного материала являлись гранитно-метаморфические и древние осадочные породы, слагавшие сиалическую сушу, к которым примешивались продукты разрушения раннемеловой окраинно-континентальной Монероно-Самаргинской дуги, а также магматических пород офиолитов, участвовавших в строении аккреционных призм в-осточной окраины Азии. Сочетание в пределах области питания таких существенно различающихся источников, как краевые части сиалической суши и ранее аккретированные к ней фрагменты островных дуг и участков океанической коры характерно для седиментации в бассейнах, формирование которых связано с обстановками трансформного скольжения литосферных плит, а песчаники с подобной кластикой являются главным ее признаком. Примерами бассейнов этого типа являются бассейны Калифорнийской окраины Америки, а также Журавлевского синсдвигового террейна Центрального Сихотэ-Алиня [Малиновский, Голозубов, 2012; Christie-Blick, Biddle, 1985].