Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Хемостратиграфия и корреляция карбонатных толщ южного складчатого обрамления Сибирской платформы

ВАК РФ 04.00.01, Общая и региональная геология

Автореферат диссертации по теме "Хемостратиграфия и корреляция карбонатных толщ южного складчатого обрамления Сибирской платформы"

Р Г о ОД

- 2 1ШН 1ЯРЗ

На правах рукописи

ЛЕТНИКОВА Елена Феликсовна

ХЕМОСТРАТИГРАФИЯ И КОРРЕЛЯЦИЯ КАРБОНАТНЫХ ТОЛЩ ЮЖНОГО СКЛАДЧАТОГО ОБРАМЛЕНИЯ СИБИРСКОЙ ПЛАТФОРМЫ

Специальность - 04.00.01 - общая и региональная геология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Иркутск- 1998

Работа выполнена в Институте земной коры Сибирского отделения Российской Академии наук

Научные руководители: д.г.-м.н. В.Г.Беличенко, д.г.-м.н. З.И.Петрова

Официальные оппоненты: д.г.-м.н. С.А.Кашик (ИЗК СО РАН)

к.г.-м.н. А.Б.Кузмичев (ИЛ РАН)

Ведущая организация: ОИГТМ (г.Новосибирск)

заседании диссертационного Совета Д 003.07.01 при Институте земной коры СО РАН, по адресу: 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128, ИЗК СО РАН

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института земной коры СО РАН.

Автореферат разослан » 1998 г.

Ученый секретарь

Диссертационного Совета, к.г .Меныпагин

Защита состоится

часов на

Введение

Актуальность исследования. Карбонатные отложения занимают обширные площади древних океанов и составляют примерно 20 % от общего объема всех осадочных образований. Они достаточно хорошо изучены традиционными методами. Однако, в покровно-складчатых областях и, в частности в южном складчатом обрамлении Сибирской платформы, использование этих методов исследований не дает должного результата. Это связано с тем, что здесь в результате сложных коллизионных процессов тектонически сближенными в разрезах оказываются разновозрастные карбонатные отложения разной степени метаморфизма, накапливавшиеся в различных палеогеодинамических обстановках.

В настоящее время для карбонатных отложений юго-восточной части Восточного Саяна, Южного и Западного Прибайкалья очень остро стоит вопрос возрастных датировок. Для неметаморфизованных толщ их определение основывается на фаунистических остатках и литологических признаках. Все эти признаки могут иметь конвергентный характер и поэтому четкие границы между сериями и свитами, как правило, выявлены практически только в стратотипических разрезах. На остальной территории распространения данных стратиграфических образований границы порой достаточно условны, поэтому нередко в объем одной свиты или серии ошибочно попадают чуждые друг другу по условиям накопления и возрасту карбонатные отложения. При подобной ситуации требуются поиск и разработка дополнительных критериев для суждения о генетическом родстве всех отложений данного стратиграфичекого подразделения. Эта проблема достаточно хорошо решается при геохимических исследованиях осадочных пород. Осаждение карбонатов происходит непосредственно из вод морей и океанов, а обломочные разности не претерпевают значительных перемещений. В осадке накапливаются только те химические элементы, которые на момент формирования находятся в бассейне седиментации в различных миграционных формах (обломки, микрочастицы, коллоиды, взвеси, золи, химические и органические соединения) и обладают способностью накапливаться в конкретных физико-химических обстановках. Количественные содержания этих элементов и их набор будет типоморфным для каждой конкретной карбонатной толщи. При выборе карбонатных пород как объекта исследования для геодинамических реконструкций основополагающим является то, что они играют важную роль в химических процессах океана практически на протяжении всего геологического времени, чутко фиксируют тектонические и фациальные обстановки седиментогенеза, особенности состава областей сноса. При региональном метаморфизме в карбонатных породах их валовый химический состав не притерпевает существенных изменений, что также является немаловажным фактором [Кицул и др., 1975; Макрыгина, 1984].

Цель исследований - интерпретация геохимических данных карбонатных пород, в комплексе с уже имеющимися геологическими и литологическими материалами, для дальнейшей реставрации обстановок осадконакопления и особенностей палеогеодинамических режимов.

Задачами исследования являлось восстановление условий седиментоге-неза карбонатных отложений и петрохимического характера источников сноса, геохимическая корреляция изученных толщ с целью выявления особенностей палеогеодинамических обстановок карбонатонакопления в Я-Р21 южного складчатого обрамления Сибирской платформы.

Объекты исследования: карбонатные толщи Восточного Саяна (К-Р7)) (боксонская серия, иркутная, горлыкская, араошейская, толтинская свиты), метаморфического комплекса Приольхонья (РС?) и слюдянской серии Слю-дянского метаморфического комплекса (РС?).

Фактический материал. Для решения поставленных задач в ходе полевых тематических работ 1993-1997 годов в юго-восточной части Восточного Саяна и Западном Прибайкалье был собран обширный фактический материал по карбонатным отложениям. Первичные фактические материалы по Южному Прибайкалью были любезно предоставлены к.г.-м.н. Л.З.Резницким, а по Тункинским гольцам - к.г.-м.н. Р.Г.Боосом и д.г.-м.н. В.Г.Беличенко.

В работе использовано более 1000 количественных спектральных и рентгенофлюоресцентных анализов, 280 силикатных анализов, 350 результатов термического анализа, также материалы Б.Г.Покровского (ГИН РАН) по изотопии О и С карбонатных пород боксонской серии, отобранные при совместных полевых работах. Изучено более 600 шлифов. Спектральный, рентге-нофлюоресцентный, термический анализы выполнены в лаборатории физико-химических методов исследований ИЗК СО РАН, Бурятском геологическом институте СО РАН, Институте геохимии СО РАН, изотопные - в лаборатории изотопной геологии ГИН РАН.

В основу диссертации положены результаты работы автора в Институте земной коры СО РАН в рамках выполнения исследований по грантам РФФИ 94-05-16036а, 97-05-64276, при финансовой поддержке Президиума СО РАН молодежных инициативных проектов.

Научная новизна работы. Для изучения Л-Р2| карбонатных отложений южного складчатого обрамления Сибирской платформы были применены методы геохимического исследования. Полученные результаты являются полностью оригинальными. К наиболее важным автор относит:

1. Проведено региональное геохимическое изучение и корреляция карбонатных толщ разной степени метаморфизма, накапливавшихся в различных геодинамических обстановках.

2. Впервые изучены геохимические особенности двух разновозрастных карбонатных чехлов Тувино-Монгольского микроконтинента.

3. Впервые сопоставлены между собой карбонатные толщи метаморфического комплекса Приольхонья (РС?), слюдянской серии Слюдянского метаморфического комплекса (РЕ?) и толтинской свиты (0-8?) Туикинских гольцов.

4. В совокупности с уже известными геологическими данными реконструированы палеогеодинамические особенности 11-Р2] карбонатнонакопления южного складчатого обрамления Сибирской платформы.

Результаты этой работы показали, что данные по геохимии карбонатных пород могут быть использованы при установлении типа субстрата бассейна осадконакопления в геодинамических реконструкциях, а так же как дополнительный показатель при анализе смены тектонических событий и как хронологический репер этапов стабилизации континентальной коры. Практическая значимость работы. В результате данного исследования получены геохимические генотипы карбонатных отложений ряда свит и серий южного обрамления Сибирской платформы, что позволит более корректно производить расчленение и корреляцию карбонатных толщ при геологосъемочных и тематических работах. Геохимические данные помогут на начальных этапах металлогенических исследований прогнозировать конкретные типы полезных ископаемых в зависимости от литолого-геохимических особенностей накопления карбонатных отложений. Основные защищаемые положения.

1. Карбонатные отложения горлыкской (У-£) и араошейской (О?) свит Иль-чирской структурно-формационной зоны являются геохимическими и возрастными аналогами карбонатных отложений боксонской серии (У-С) Окинской структурно-формационной зоны.

2. В строении карбонатного чехла Тувино-Монгольского микроконтинента выделяются два разновозрастных уровня - рифейский и венд-кембрийский, для которых характерны сходные физико-химические обстановки накопления, но разные типы субстрата бассейна осадконакопления.

3. Накопления карбонатных отложений метаморфического комплекса Приольхонья (Р£?), слюдянской серии Слюдянского метаморфического комплекса (РС?) и толтинской свиты (О-Б?), которые являются геохимическими и, возможно, возрастными аналогами, происходило в палеогеодинамических обста-новках островной дуги-задугового бассейна.

Апробация работы и публикации. Различные положения работы выносились на обсуждение следующих конференций и совещаний: Всероссийское совещание "Тектоника осадочных бассейнов Северной Евразии" (Москва, МГУ, 1995 г.), Всероссийская конференция "РФФИ в Сибирском регионе" (1995 г.), XVI региональная конференция "Структурная и вещественная эволюция Центрально-Азиатского складчатого пояса" (1995 г.), научная сессия "Земная кора-96" (1996 г.), Всероссийская конференция "Строение литосферы и геодинамика" (1997 г.) (все в ИЗК СО РАН). По теме диссертации опубликовано 2 статьи

(две в печати) в реферируемых журналах; четыре в российских и региональных сборниках и одиннадцать тезисов докладов.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения общим объемом 150 страниц машинописного текста, которая иллюстрируется 59 рисунками и 35 таблицами, в том числе 11 в приложении. Список литературы включает в себя 100 наименований.

Автор глубоко благодарен своим научным руководителям В.Г.Беличенко и З.И.Петровой за постоянное внимание и всестороннюю поддержку и помощь при выполнении диссертации. Литологические исследования выполнялись в тесном сотрудничестве с Н.К.Гелетий. В процессе подготовки диссертации автор пользовался ценными консультациями и советами Л.З.Резницкого, Е.В.Склярова, Ф.А.Летникова, Д.П.Гладкочуба, С.Г.Самыгина, Б.Г.Покровского, В.Г.Скопинцева, А.М.Рогачева, В.А.Макрыгиной. Большой объем аналитических работ выполнены: Г.П.Петровой, В.В.Щербань, Т.А.Ясныгиной, Н.Н.Володиной, Т.Ю.Черкашиной, Е.Н.Худоноговой, Ю.И.Сизых, А.И.Курбатовой, Е.В.Юферовой, Л.А.Ефремовой (все ИЗК СО РАН) и Б.Ж.Жаласараевым, Т.И.Казанцевой (БГИ СО РАН). В проведении полевых работ участвовали студенты геологического факультета Иркутского госуниверситета. Автор глубоко признателен всем коллегам, способствовавшим выполнению этой работы.

Глава 1. Геологические особенности строения южного складчатого обрамления Сибирской платформы

В главе рассмотрены общие сведения о геологическом строении юго-восточной части Восточного Саяна, где достаточно хорошо изучены карбонатные отложения [Хоментовский и др., 1985; Добрецов, 1985; Беличенко, Боос, 1988; Боос, 199]; Хераскова, Самыгин, 1992; Хаин, Федотова, 1995; Бутов, 1996; Кузьмичев, 1996; Покровский и др., 1998; и др.], а также Приольхонско-го и Слюдянского метаморфических комплексов, трактовка геологического развития которых отличается дискуссионностыо [Корреляция ..., 1979; Слю-дянский..., 1981; Куклей, 1985; Макрыгина и др., 1992, 1994, 1994а; Летников и др., 1990, 1995; Федоровский, 1997]. Затронуты вопросы тектогенеза, как одного из факторов, который в значительной мере повлиял на условия карбо-натонакопления в различных структурно-формационных зонах. Приведены сведения о фаунистических и геохронологических датировках исследуемых карбонатных толщ и вмещающих их серий.

Глава 2. Методика геохимических исследований рифей-нижнепалеозойских карбонатных отложений южного складчатого обрамления Сибирской платформы

В складчатом обрамлении юга Сибирской платформы широко распространены карбонатные отложения В тех случаях, когда они не подвергались

м ста с о м ат и ч е с ки м преобразованиям и гранитизации, их информативность в восстановлении обстановок осадконакопления достаточно высока, так как эти породы представлены, главным образом, одним или двумя породообразующими минералами и имеют, в основном, хемоорганогенную природу накопления, чутко фиксирующиеся физико-химические и палеогеодинамические особенности седиментогенеза. Геохимическая типизация карбонатных толщ в комплексе с литологическими, стратиграфическими и изотопными данными дает возможность реконструировать особенности осадконакопления палеобассей-нов различных геодинамических обстановок. С этой целью, используя представительный фактический материал, была создана методика геохимического изучения карбонатных толщ, основанная на многомерной корреляции широкого спектра микроэлементов.

Полученные геохимические данные подвергались статистической обработке по программе "Кластер". Кластер-анализ Я-типа дает непосредственную корреляцию между химическими элементами выборки, что позволяет устанавливать петрогенетический характер накопления и решать ряд литолого-фациальных вопросов. Кластер-анализ <3-типа разбивает исходную выборку химических анализов карбонатных пород на группы, а структура дендрограм-мы показывает связи между этими группами. Для каждой из полученных групп характерны свои геохимические особенности, которые отвечают различным геохимическим микрофациям. С помощью этого метода можно судить либо о генетическом родстве исследуемых карбонатных пород, либо о их чужеродности. Изучение редких и рассеянных элементов в карбонатных породах позволило автору выделить две группы элементов, на основании распределения которых в микрофациях были определены геохимические особенности седиментогенеза, восстановлен петрогенетический характер источников сноса и проведена геохимическая корреляция карбонатных толщ южного складчатого обрамления Сибирской платформы.

В первую группу входят элементы, миграция и способность к осаждению которых дает представление о физико-химических особенностях обстановок накопления и в ряде случаев определяет характер поведения элементов второй группы [Перельман, 1968]. В ходе наших исследований было установлено, что элементами первой группы являются Л, 7л, Мп, Бг, Ва, которые составляют группу основных типоморфных элементов для карбонатных пород. Изучение распределения каждого из этих элементов рассматривается во взаимосвязи друг с другом, и выводы об обстановках осадконакопления делаются только на основании всех особенностей накопления этих элементов. Распределение основных типоморфных элементов в карбонатных породах дает возможность восстанавливать обстановки седиментогенеза, которые могут быть одинаковыми как для субплатформенных, так и для островодужных обстановок накопления. Геохимическая корреляция карбонатных толщ на основе

распределения этих элементов не всегда дает значимые результаты, но необходима для понимания миграции и накопления элементов второй группы.

Во второй группе находятся элементы, которые характеризуют петроге-нетический характер источников сноса, участвовавших в формировании карбонатной толщи. Элементы второй группы определяются как элементы-примеси. Это Сг, N1, Со, V, Си, Бс, '¿п, РЬ, Бп, Ве, У, НЪ, ЯЬ и др., которые можно подразделить на несколько геохимических групп (специализаций), учитывая их кларк распространения в различных типах пород [Металлы.., 1965; Юдович, 1981; Перельман, 1989; Злобин, 1993]. Выделяются следующие типы специализации нормальной и повышенной щелочности: ультраосновная, основная, кислая. Граница между ними достаточно условна, так как нельзя жестко ограничить распределение элемента только в одном типе породы. В каждом конкретном случае необходимо учитывать корреляционную связь каждого элемента с остальными.

Изучение распределения основных типоморфных и примесных элементов способствует выявлению особенностей осадконакопления для каждого стратиграфического подразделения в отдельности и региона в целом. В работе максимально использован широкий спектор результатов, полученных традиционными геологическими методами исследований. Методику фациальной диагностики и корреляции карбонатных отложений по геохимическим данным, основанную на многомерных связях широкого спектра микроэлементов, можно отнести к оригинальной. Для карбонатных толщ южного обрамления Сибирской платформы подобное геохимическое изучение проводится впервые.

Глава 3. Геологические и геохимические особенности седиментогенеза карбонатных отложений шельфового типа

В главе приведены геологические и геохимические особенности свит и серий, в состав которых входят изучаемые карбонатные толщи шельфового типа. Это иркутная свита (Я) и боксонская серия (У-С) Окинской структурно-формационной зоны, горлыкская (У-С) и араошейская (О?) свиты Ильчирской зоны, которые все вместе относятся к слабометаморфизованному чехлу Туви-но-Монгольского микрокоштшента. Более подробно рассмотрены аспекты литологических и биостратиграфических исследований данных толщ.

В результате геохимических исследований и анализа уже известных геологических материалов были восстановлены особенности седиментогенеза и реконструирован петрогенетический характер источников сноса карбонатных отложений перечисленных свит и серий.

Иркутная свита (Л). Карбонатные отложения иркутной свиты по своим литолого-геохимическим характеристикам относятся к субплатформенным фациям шельфовой зоны. Накопление этих отложений происходило в мелководных незамкнутых морях в непосредственной близости суши как в окисли-

тельной обстановке при активном водном режиме, так и на удалении от берега в более пассивном водном режиме и слабо восстановительных условиях. При формировании карбонатной толщи этой свиты Гаргаиская глыба представляла собой устойчивый участок земной коры в пределах океана.

Литолого-геохимические исследования пород иркупюй свиты позволили выделить три шельфовые микрофации: мелководную, переходную и глубоководную. Основным источником сноса для карбонатных пород являлись кристаллические образования Гарганской глыбы. Изучение распределения элементов ультраосновной и кислой специализаций в микрофациях позволяет сделать вывод о тектонической активности и обширной вулканической деятельности в сопредельных территориях южной части Гарганской глыбы во время формирования данной карбонатной толщи, что хорошо согласуется с данными по палеовулканизму для этого района [Гладкочуб, Скляров, 1996].

Еоксонская серия (У-€). В пределах боксонской серии выделяются пять свит (снизу): забитская, табинзуртинская, хужиртайская, нюргатинская и хютенская. Самые мелководные отложения серии представлены карбонатными породами забитской свиты. Отличительной геохимической чертой этих отложений являются вышекларковые содержания Мп. Наиболее глубоководными являются самые молодые отложения этой серии - нерасчлененные нюргатинская и хютенская свиты. Для всех свит боксонской серии наблюдается два геохимических типа отложений: мелководные и глубоководные (глубина относительная), которые четко выделяются на протяжении всего времени формирования этой серии. Из этого следует, что осадконакопление происходило в условиях относительно расчлененного дна бассейна. Эти выводы хорошо сопоставляются с результатами работ, которые проводились на данной территории [Хераскова, Самыгин, 1992}. В общем, накопление отложений боксонской серии характеризуется условиями далекого шельфа в обширных незамкнутых малосоленых мелководных морях при спокойном тектоническом режиме.

Основными источниками сноса для карбонатных пород боксонской серии служили породы ультраосновной (Сг, №, Со), основной нормальной (V, Си и 2п) и повышенной щелочности {Ът, У, N1), КЬ, Бс) специализаций. Наиболее обогащенными этими элементами-примесями являются породы забитской свиты, в остальных свитах наблюдается уменьшение их содержаний. Это может быть связано с трансгрессией и сокращением площадей сноса пород основной и ультраосновной специализаций. Однако, уже начиная с глубоководных отложений хужиртайской свиты, наблюдается увеличение содержания элементов основной специализации повышенной щелочности, что свидетельствует о расширении площадей сноса пород питающих ее провинций. Элементы кислой специализации практически не принимают участие в формировании карбонатных отложений данной серии.

Горлыкская свита (V-€). В Ильчирской структурно-формационной зоне Тувино-Монгольского микроконтинента возрастным аналогом боксонской серии считаются существенно карбонатные отложения горлыкской свиты. Карбонатные породы горлыкской свиты отвечают условиям рифовой фации далекого шельфа в слабосоленых незамкнутых морях в спокойной геодинамической обстановке.

При геохимической корреляции карбонатных пород забитской свиты боксонской серии и горлыкской свиты сделан вывод о том, что физико-химические и геодинамические особенности седиментогенеза, а также петро-генетический характер источников сноса были одинаковыми. Для нижней части разреза этих двух стратиграфических подразделений характерны: высокие содержания Мп, не встречающиеся больше ни в одном из карбонатных разрезов Восточного Саяна, и присутствие фосфоритоносной и высоко-

глиноземистой пачек.

Источниками сноса для карбонатных отложений горлыкской свиты были породы ультраосновной и основной геохимических специализаций. Элементы кислой геохимической специализации в карбонатных отложениях этой свиты отсутствуют. Возможно, что основным источником сноса были породы Оспин-ско-Китойского гипербазитового массива.

Араошейская свита (О?). Накопление карбонатных отложений этой свиты происходило в условиях далекого шельфа в слабосоленых мелководных незамкнутых морях при спокойном тектоническом режиме. При геохимической корреляции установлено, что карбонатные породы араошейской свиты и верхней части боксонской серии имеют сходные условия осадконакопления. Источниками сноса для отложений этих свит являлись породы ультраосновной и основной специализаций. Элементы-примеси, свойственные породам кислой геохимической специализации, в отложениях свиты отсутствуют.

В результате геохимических исследований и дальнейшей геохимической корреляций карбонатных отложений горлыкской, араошейской свит и боксонской серии получены следующие выводы:

1. Карбонатные отложения нижней части разреза боксонской серии (забитская и частично табинзуртинская свита) и горлыкской свиты являются временными и геохимическими аналогами, то есть обстановки накопления и петрогенетиче-ский характер источников сноса были очень близкими.

2. Карбонатные отложения верхней части боксонской серии (хужиртайская, нюргатинская и хютенская свиты) и араошейской свиты имеют сходное распределение основных типоморфных и примесных элементов и являются геохимическими аналогами. То есть, в сумме разрезы горлыкской и араошейской свит сопоставимы с разрезом боксонской серии и все вместе могут стать геохимическим эталоном для карбонатных отложений чехла микроконтинента.

Глава 4. Геологические и геохимические особенности седнмснтогенеза карбонатных отложений системы островная дуга-задуговый бассейн

В этой главе приведены геологические и геохимические особенности седиментогенеза карбонатных толщ, которые входят в состав осадочно-вулканогенных свит и серий различной степени метаморфизма и отвечают обстановкам накопления системы островная дуга-задуговый бассейн. Это карбонатные отложения метаморфического комплекса Приольхонья (РС?), слюдянской серии Слюдянского метаморфического комплекса (РС?) и толтин-ской свиты (0-8?) Тункинских гольцов. Более подробно рассмотрены вопросы стратиграфии, геохронологического и палеонтологического датирования и черты геологического сходства и различия перечисленных толщ. Карбонатные отложения метаморфического комплекса Приольхонья (Р€?). Породы этого комплекса подразделяются на ольхонскую, ангинскую, цаганзабинскую серии ( по А.С.Ескину, 1979). Карбонатные породы этих серий макро- и микроскопически практически не отличимы. При изучении распределения основных типоморфиых элементов и элементов-примесей не произошло геохимического разделения карбонатных пород серии, а выделилось две глубоководных, две переходных и четыре мелководных микрофации (глубина относительная) в различных объемах, представленные во всех трех сериях.

Основными источниками сноса для карбонатных пород Приольхонья являлись базальты нормального ряда (Сг, V, Со, Си, №, Zn) и породы повышенной щелочности основного состава ^г, У, ЫЬ, ЯЬ). Для них не характерны элементы-примеси пород кислого состава. Для карбонатных пород Приольхонья свойственна четкая Сг-У специализация, а для части отложений мелководных микрофаций характерна высокая концентрация в них Бг.

Накопление карбонатных пород Приольхонья происходило в условиях мелководных фаций в непосредственной близости от источника сноса при активном водном режиме и неспокойной тектонической обстановке, которой предшествовал обширный вулканизм основного состава нормальной и повышенной щелочности.

Слюдянская серия (РС?). В разрезе слюдянской серии выделяются култукская и перевальная свиты. В результате статистической обработки геохимических данных проб карбонатных пород не произошло разделение на свиты, а выделились мелководные, переходные и глубоководные микрофации (глубина относительная). Накопление карбонатных отложений происходило в мелководных обстановках в обширных малосоленых незамкнутых морях при активном водном режиме и неспокойной тектонической обстановке, сопровождавшейся вулканической деятельностью на близлежащих территориях. Для части отложений мелководных микрофаций характерны высокие содержания Бг.

Источниками сноса для карбонатных отложений являлись породы основного состава нормальной и повышенной щелочности, причем последние

находились ближе по разрезу к глубоководной части серии. Для всех карбонатных отложений характерна четкая Сг-У геохимическая специализация.

Карбонатонакопление слюдянской серии сопоставимо с обстановками к системе островная дуга-задуговый бассейн на поздних стадиях развития, где осадконакопление происходило на мелководных поднятиях. Толтинская свита (О-Б?) Тункинских гольцов. В результате статистической обработки аналитического материала карбонатные отложения толтинской свиты были подразделены на мелководные, переходные и глубоководные микрофации. В разрезе свиты наиболее широко представлены отложения переходных микрофаций, которые составляют 50 % от общего объема свиты.

Во всех микрофациях наблюдаются высокие содержания Ва, что резко отличает карбонатные породы толтинской свиты от остальных карбонатных пород юго-восточной части Восточного Саяна. Для части карбонатных отложений глубоководных микрофаций характерны высокие содержания Бг. Накопление карбонатных пород толтинской свиты происходило в мелководных условиях обширных незамкнутых морей при пассивном водном режиме и неспокойной тектонической обстановке. На распределение в отложениях толтинской свиты Бг и Ва повлияла активная вулканическая деятельность, имевшая место в бассейне в момент формирования данной свиты.

Для карбонатных отложений этой свиты выделилось два источника сноса: породы основного состава нормальной и повышенной щелочности, причем последние находились на некотором удалении от места накопления карбонатных отложений. Для всех микрофаций толтинской свиты свойственна четкая Сг-У геохимическая специализация.

Несмотря на достаточно пестрый литологический состав и различие в степени метаморфизма, при изучении распределений основных типоморфных и примесных элементов в карбонатных породах данной свиты отмечается выдержанный геохимический состав на протяжение более 150 км по простиранию. Подобное распределение основных типоморфных и примесных элементов характерено для системы развитая островная дуга-задуговый бассейн, где карбонатонакопление могло происходить на мелководных поднятиях.

Глава 5. Палеогеодинамические реконструкции условий R-PZ^ карбонато-нлкопления южного обрамления Сибирской платформы

Карбонатные отложения в пределах Палеоазиатского океана распространены достаточно широко, однако их индикаторная роль в определении геодинамических режимов практически не используется. Проведенные геохимические исследования {\-PZi карбонатных отложений южного складчатого обрамления Сибирской платформы направлены на восстановление физико-химических и палеогеодинамических особенностей седиментогенеза, выявление петрохимического характера источников сноса и проведение геохимической корреляции карбонатных толщ, накапливавшихся в резко различных

палеогеодинамических условиях. Одной из наиболее ярких палеоструюур в исследуемом регионе является Тувино-Монгольский микроконтинент. Карбонатные отложения в его пределах составляют чехол рифейского и венд-кембрийского возраста. Другой тип палеоструюур, где также происходило карбонатонакопление, представлен системой островная дуга-задуговый бассейн, являющейся составной частью Палеоазиатского океана. Геохимические особенности двух уровней карбонатонакопления чехла Тувипо-Мопгольского микроконтинеита.

Чехол Тувино-Монгольского микроконтинента имеет два возрастных уровня карбонатонакопления - иркутная свита (К), боксонская серия и ее аналоги Характер распределения основных типоморфных элементов в

карбонатных породах этих чехлов сходен (рис.1). Фациальные условия их накопления были близкими и соответствовали шельфовым обстановкам пассивной окраины континента.

Г7Ь

Рис.1. Распределение основных типоморфных элементов в карбонатных отложениях чехла Тувино-Монгольского микроконтинента. Условные обозначения: 1-иркутная свита; 2-боксонская серия, горлыкская и араошейская свиты.

Основные геохимические отличия этих двух типов карбонатного чехла выявляются при изучении распределения элементов-примесей (рис.2). Основным источником сноса для карбонатных отложений иркутной свиты служили породы кислой специализации, которыми в данном случаи могут быть кристаллические образования Гарганской глыбы. Изучение распределения элементов-примесей, характеризующих породы ультраосновной и кислой специализаций, в карбонатных породах иркутной свиты позволяет сделать вывод о тектонической активности и обширной вулканической деятельности на сопредельных терриго

и

60 50 40 1.30

о.

20 10 0

Сг № Со V Си Бс гп РЬ Эп У Ве

Рис.2 Распределение элементов-примесей в карбонатных отложениях чехла Ту вино-Монгольского микроконтинента. Условные обозначения см. на Рис.2.

риях в обрамлении Гарганской глыбы во время формирования данной толши. Основными источниками сноса для карбонатных пород чехла второго уровня были породы основной и в меньшей мере ультраосновной специализаций. Элементы кислой специализации в формировании карбонатных отложений второго типа не участвовали.

Результаты геохимических исследований могут быть использованы в восстановлении этапности палеогеодинамических событий в истории становления Тувино-Монгольского микроконтинента. В рифее на изолированных террейнах, одним их которых являлась Гарганская глыба, накапливались карбонатные отложения иркутной свиты. Распределение элементов-примесей позволяет предположить, что на сопредельных территориях в это же время происходило развитие рифейской панеодуги, по всей видимости, сархойской. В конце рифея произошли процессы амальгамации мелких террейнов континентального и островодужного типа, создавшие крупный террейн типа Тувино-Монгольского микроконтинента. Это тектоническое событие сопровождалось формированием многочисленных офиолитовых покровов, которые в значительной мере перекрыли первый карбонатный чехол и выступы фундамента мелких амальгамированных террейнов. В венде при спокойном шельфовом субплатформенном режиме на поверхности аккреционного сооружения началось накопление карбонатных отложений чехла микроконтинента второго уровня, причем субстрат бассейна накопления был существенно офиолитовый.

Полученные данные по геохимии карбонатных пород чехла микроконтинента могут быть использованы при установлении типа субстрата бассейна осадконакопления в геодинамических реконструкциях, а так же как дополнительный показатель смены тектонических событий и как хронологический репер стабилизации континентальной коры.

Геохимическая корреляция карбонатных отложений системы островная дуга-заду го вый бассейн. Обстановкам накопления островная дуга - задуговый бассейн соответствуют карбонатные отложения метаморфического комплекса Приольхонья (Р£?), слюдянской серии Слюдянского метаморфического комплекса (РС?) и толтинской свиты (О-Б?) Тункинских гольцов. В пространственном размещении перечисленных стратиграфических единиц на фоне их разобщенности наблюдается приуроченность к единой протяженной структуре в краевой части складчатого обрамления. Если корреляция метаморфических комплексов Приольхонья и Слюдянки в последние годы проводится достаточно успешно [Макрыгина и др., 1992, 1994, 1994а; Конева и др., 1998], то корреляция их со слабометаморфизованной толтинской свитой проводится впервые.

Эти карбонатные толщи имеют сходный характер распределения основных типоморфных элементов, т.е. их накопление происходило в близких физико-химических и геодинамических обстановках седиментогенеза (рис.3).

юооо -

1--

Т1 гг Мп Эг Ва

!Ш' ШИН ^^ Ш* ЕЗ5 ЕЗ7

Рис.3. Распределение элементов-примесей в карбонатных отложениях системы островная дуга-задуговый бассейн. Условные обозначения: 1-Приольхонье; 2-слюдянская серия-толтинская свита; З-Приольхонье-слюдянская серия толтинская свита; 4-Приольхонье-слюдянская серия; 5-слюдянская серия; 6-Приольхонье-толтинская свита; 7-талтинсш свита.

1Л

Для более детальной геохимической корреляции карбонатных отложений этих трех толщ было проведено сопоставление распределения основных типоморфных элементов по типам микрофаций (мелководные, переходные, глубоководные). Несмотря на то, что выделение микрофаций для каждой толщи проводилось независимо и разделение на микрофации имеет относительный характер, распределение этих элементов, отдельно, в каждом типе микрофаций, имеет сходную картину для всех трех толщ. В мелководных микрофациях выделяются горизонты с повышенным содержанием Мп. Высокостронциевые отложения наблюдаются в мелководных микрофациях слюдянской серии и Приольхонья, а в толтинской свите - в глубоководных микрофациях. Обстановки седиментогенеза этих трех толщ соответствуют условиям накопления в системе островная дуга-задуговый бассейн в условиях мелководных фаций в непосредственной близости от источников сноса, при активном режиме в окислительной и слабо восстановительной среде и неспокойной тектонической обстановке, осложнявшейся обширным вулканизмом островных дуг.

Источниками сноса для всех трех толщ являлись породы основной специализации нормальной и повышенной щелочности (рис.4). Для них не характерны элементы-примеси пород кислого состава. Изучение распределения элементов-примесей в групах микрофаций позволило отметить ряд особенностей: четкую Сг - V геохимическую специализацию, обратную корреляцию

25

20

15

I

10

5 О

Рис.4. Распределение элементов-примесей в карбонатных отложениях системы островная дуга-задуговый бассейн. Условные обозначения см на Рис.3.

накопления в осадке Со и Бс с N1 Подобный набор элементов-примесей и их распределение в толщах характеризует обстановки накопления в системе островная дуга-задуговый бассейн на позднем этапе развития.

Геохимическая корреляция карбонатных отложениях метаморфического комплекса Приольхонья, слюдянской серии и толтинской свиты позволяет

сделать вывод о том, что они являются геохимическими аналогами, то есть накапливались при близких физико-химических и геодинамических обстанов-ках седиментогенеза, соответствующих режиму островная дуга-задуговый бассейн. В данном случае геохимические методы позволяют проводить сопоставление карбонатных толщ различных степеней метаморфизма (от грапулито-вой до фации зеленых сланцев).

Если принять представление о разновозрастности этих комплексов, которое разделяется в настоящее время по традиции многими исследователями, то следует сделать вывод о том, что условия карбонатонакопления были аналогичными в раннем докембрии и раннем палеозое, и что комплексы, их включающие, оказались в близком пространственном соседстве в результате коллизионных тектонических процессов. Если же, взяв за основу полученные геохимические результаты по корреляции карбонатных отложений Приольхон-ского, Слюдянского метаморфических комплексов и толтинской свиты Тункин-ских гольцов, и привлечь для обсуждения новые геологические данные, включая результаты изотопии, то можно ставить вопрос об одновозрастности (в пределах раннего палеозоя) этих отложений и принадлежности их одной палеотектонической структуре (например, одному террейну).

Заключение. Результаты данной работы показали, что использование геохимических особенностей карбонатных отложений при палеогеодинамиче-ских реконструкциях позволяет решать целый ряд вопросов, остающихся спорными при стратиграфических, литологических и фаунистических исследованиях. Так получены следующие выводы:

1. Карбонатные отложения горлыкской (У-С) и араошейской свит (О?) Ильчирской структурно-формационной зоны являются геохимическими и возрастными аналогами карбонатных отложений боксонской серии (У-Е) Окинской структурно-формационной зоны Тувино-Монгольского микроконтинента.

2. В строении карбонатного чехла Тувино-Монгольского микроконтинента выделяются два разновозрастных уровня - рифейский и венд-кембрийский, для которых характерны сходные физико-химические обстановки накопления, но разные типы субстрата бассейна осадконакопления. Этот вывод использован в геодинамических реконструкциях как дополнительный показатель смены тектонических событий и как дополнительный репер, позволяющий судить об этапах стабилизации континентальной коры в пределах Тувино-Монгольского микроконтинента.

3. Накопление карбонатных отложений метаморфического комплекса Приоль-хонья (РЕ?), слюдянской серии Слюдянского метаморфического комплекса (РЕ?) и толтинской свиты (О?), которые являются геохимическими и, возможно, возрастными аналогами, происходило в палеогеодинамических обстановках островной дуги-задугового бассейна. Результаты проведенной геохимической

корреляции в различной степени метаморфизованиых и размещающихся в разных структурно-формационных зонах южного складчатого обрамления Сибирской платформы карбонатных отложений достаточно убедительно подтверждаются геологическими и геохронологическими данными.

Список опубликованных по теме диссертации работ:

1. Летникова Е.Ф., Гладкочуб Д.П. Петрохимическая характеристика и условия образования карбонатных пород Приольхонья /Геология Восточной Сибири. Иркутск: ИЗК, 1993. С.27-36.

2. Гладкочуб Д.П. Летникова Е.Ф. К геохимической типизации карбонатных пород иркутной серии (Восточный Саян) /Геология Восточной Сибири. Иркутск: ИЗК, 1993. С. 37-47.

3. Летникова Е.Ф. Геохимические критерии карбонатных толщ Юго-Восточного Саяна, сформировавшихся в различных геодинамических обстановках // Тектоника осадочных бассейнов Северной Евразии. Тез. докл. Москва: МГУ, 1995. С. 97-99.

4. Летникова Е.Ф. Геохимическая корреляция карбонатных толщ юго-восточной части Восточного Саяна //РФФИ в Сибирском регионе (земная кора и мантия). 1995. Тез. докл. Иркутск: ИЗК. Т.2. С.81-82.

5. Летникова Е.Ф. Геохимические типы карбонатных пород ильчирской свиты (Восточный Саян) //XVI региональная молодежная конференция "Структурная и вещественная эволюция Центрально-Азизтского складчатого пояса. Тез.докл. Иркутск: ИЗК, 1995. с.33-34.

6. Летникова Е.Ф., Данилов Б.С. Применение кластер-анализа при корреляции карбонатных толщ //XVI региональная молодежная конференция "Структурная и вещественная эволюция Центрально-Азизтского складчатого пояса. Тез. докл. Иркутск: ИЗК, 1995. С. 34-35.

7. Беличенко В.Г., Гелетий Н.К., Летникова Е.Ф. Карбонатные отложения островодужных серий венда-кембрия Джидинской зоны (Восточная Сибирь) /Доклады Академии Наук. 1996. N1 С. 78-81

8. Скляров Е.В., Беличенко В.Г., Васильев Е.П., Летникова Е.Ф и др. Папеогео-динамика Центрально-Азиатского складчатого пояса и зон его сочленения с Сибирским кратоном //Литосфера Центральной Азии. Новосибирск: Наука, Сиб. изд. фирма, 1996. с. 16-27

9. Летникова Е.Ф. Палеогеодинамические особенности седиментогенеза карбонатных толщ Приольхонья //Земная кора-96. Материалы научной сессии. Иркутск: ИЗК. 1996. С.69-71.

10. Беличенко В.Г., Гелетий Н.К., Летникова Е.Ф. Карбонатные отложения чехла Тувино-Монгольского микроконтинента II Материалы научной конференции РФФИ "Геодинамика и эволюция Земли". Новосибирск: Изд-во СО РАН НИЦОИГГМ. 1996. С.215

к>

11. Летникова Е.Ф. Геохимические особенности карбонатонакопления в Палеоазиатском океане ( на примере юго-восточной части Восточного Саяна и Западного Приольхонья)// Первый международный научный симпозиум "Молодежь и проблемы геологии". Тез.докл. Томск: ТГУ, 1996. С. 78-79

12. Летникова Е.Ф.. Гелетий Н.К. Геохимические особенности карбонатонакопления чехла Гарганской глыбы (юго-восточная часть Восточного Саяна) /Геология и геофизика. 1997. Т.38. N10. С.1614-1619

13. Летникова Е.Ф. Геохимические особенности карбонатонакопления боксон-ской серии (юго-восточная часть Восточного Саяна)//Строение литосферы и геодинамика.Тез.докл. Иркутск: ИЗК. 1997. С.59-60.

14. Летникова Е.Ф., Селина Т.С. Геохимические особенности седиментогенеза хушатайской свиты (Восточный Саян) )//Строение литосферы и геодинамика.Тез.докл. Иркутск: ИЗК. 1997. С.61-62

15. Летникова Е.Ф., Беличенко В.Г. Геодинамическая модель накопления чехла 'Гувино-Монгольского микроконтинента (на основе геохимических данных) // Геодинамика, принципы и методы палеотектонических реконструкций на примере складчатых поясов Центральной Азии. Тез. докл. Ташкент: Государственный университет. 1997. С. 55-57.

16. Летникова Е.Ф. Хемостратиграфия и проблемы возраста карбонатных пород докембрийских метаморфических комплексов Приольхонья и Слюдянки // Осадочные формации докембрия и их рудоносность. Тез.докл. Санкт-Петербург: ИГГД РАН. 1998. С.35-36.

17. Летникова Е.Ф. Геохимические особенности седиментогенеза карбонатных толщ Приольхонья // Геология, петрология, металлогения метаморфических и магматических комплексов Восточной Сибири. Иркутск: ИГУ, 1998. С.98-114.

СО 1998 г. Е.Ф.Летникова Отпечатано в ИЗК СО РАН Тираж 100 экз.