Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Реконструкция источников сноса и обстановок формирования каменноугольно-меловых обломочных пород северо-востока Сибири и юго-запада Канады по данным Sm-Nd изотопных и геохимических методов исследования

ВАК РФ 25.00.01, Общая и региональная геология

Автореферат диссертации по теме "Реконструкция источников сноса и обстановок формирования каменноугольно-меловых обломочных пород северо-востока Сибири и юго-запада Канады по данным Sm-Nd изотопных и геохимических методов исследования"

Санкт-Петербургский государственный университет

РЕКОНСТРУКЦИЯ ИСТОЧНИКОВ СНОСА И ОБСТАНОВОК ФОРМИРОВАНИЯ КАМЕННОУГОЛЬНО-МЕЛОВЫХ ОБЛОМОЧНЫХ ПОРОД СЕВЕРО-ВОСТОКА СИБИРИ И ЮГО-ЗАПАДА КАНАДЫ ПО ДАННЫМ Бт-Ш ИЗОТОПНЫХ И ГЕОХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

На правах рукописи

Малышев Сергей Владимирович

Специальность 25.00.01 — общая и региональная геология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискаппе ученой степепн кандидата геолого-минералогнческнх наук

11 № 2015

Санкт-Петербург 2015

005571347

005571347

Работа выполнена в отделе региональной геологии и полезных ископаемых Восточных районов России ФГУП Всероссийский научно-исследовательский геологический институт им. А. П. Карпинского "ВСЕГЕИ"

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук,

заведующий кафедрой региональной геологии Института наук о Земле ФГБОУ ВПО Санкт-Петербургский государственный университет Худолей Андрей Константинович

Официальные оппоненты: доктор геолого-мннералогическнх наук,

ведущий научный сотрудник ФГБУН Институт геологии и минералогии им. В.С.Соболева Сибирского отделения РАН, Летнпкова Елена Феликсовна, г. Новосибирск

доктор геолого-минсралогических наук, старший научный сотрудник ФГБУН Геологический институт РАН, Тучкова Марианна Ивановна, г. Москва

Ведущая организация: ФГБУН Институт геологии и геохимии

им. академика А. Н. Заварицкого Уральского отделения РАН, ; г. Екатеринбург

Защита диссертации состоится «07» октября 2015 года в 18 часов на заседании совета Д 212.232.47 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Санкт-Петербургском государственном университете но адресу: 199178, Санкт-Петербург, 10 линия В.О., д. 33-35, ауд. 74.

E-mail: sergey-lebedevl9508yandex.ru

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. А. М. Горького при Санкт-Петербургском государственном университете и на сайте: http://spbu.ru/science/disser/dissertatsii-dopushchennye-k-zashchite-i-svedeniya-o-zashchite

Автореферат разослан июля 2015 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат гсол.-мнн. наук

Лебедев С. В.

Общая характеристика работы

Актуальность работы

Поздпепалеозойские и мезозойские осадочные бассейны северовосточной окраины Сибирской платформы представляют интерес геологов, обусловленный в первую очередь потенциалом па наличие в них углеводородов. В комплексных исследованиях осадочных бассейнов важным моментом является определение палеотектоническон обстановки и типов источников сноса. Информация об источниках сноса рассматриваемого региона основана, главным образом, на результатах изучения состава песчаников н, 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 Бт-Ш 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, террнгенные бассейны северо-востока Сибирской платформы и юго-запада Канады являются удачными региональными аналогами, что позволяет изучить поведение Бт-Ис! изотопной системы в обломочных породах, сформировавшихся в схожих тектонических, но различных палеогеографических обсгаповках. 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-рнгенного осадконакопления северо-востока Сибири и юго-запада Канады на основе изучения Эт-Ш изотопных и геохимических характеристик обломочных пород камснноугольно-мелового возраста. В рамках поставленной цели выделяются следующие задачи:

1) Сбор н систематизация геологических данных по терригенным комплексам исследуемых бассейнов;

2) Изучение Бт-МЛ изотопных п геохимических характеристик террнгеп-ных комплексов юго-западной Канады и северо-востока Сибири;

3) Реконструкция источников сноса н тектонической природы питающих провинций для каменноугольно-триасовых терригенных комплекс™» -

северо-востока Сибирской платформы;

4) Реконструкция источников сноса и тектонической природы питающих провинций для верхпеюрско-ннжнемеловых торрнгениых комплексов северо-востока Сибирской платформы;

5) 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:

,/ установлены новые типы источников сноса для каменноугольно-триасовых терригенных комплексов северо-востока Сибири;

уточнена палеотектоппческая обстановка формирования верхнеюрских и ннжнемеловых террнгеиных комплексов Прнверхоянского прогиба;

^/ проведено сравнение эволюции Бт-Ш изотопной системы в обломочных породах юго-западной Канады и северо-востока Сибири, что позволило установить различие палеотектоннческих обстаповок их формирования.

Выделяя основные научные результаты, можно сформулировать следующие защищаемые положения:

1) При формировании обломочных комплексов карбона н перми северовосточной окраины Сибирской платформы значительную роль играл размыв ювенпльпых комплексов, на что указывает преобладание обломочных пород с ема(Ь) от —1 до —5.

2) Геохимический и Эт-Ш изотопный состав ннжнемеловых отложений северной части Прнверхоянского прогиба показывает, что его заполнение происходило преимущественно за счет разрушения пород фундамента Сибирской платформы, а не за счет размыва растущей Верхоянской горной системы.

3) Существенные различия в Бт-Ш изотопных характеристиках осадочных комплексов, выполняющих передовой прогиб Кордильер и При-верхоянский прогиб, обусловлены специфическими палеотектопиче-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 нолевых 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 сооргапизатором, 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 п геохимические исследования. Sm-Nd изотопный анализ отобранных образцов производился в лаборатории ФГБУН ИГГД РАН 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 палеотектопики областей сноса. Полученные результаты могут иметь прикладное значение в исследовании осадочных бассейнов и в поисковых работах па различные полезные ископаемые.

Апробация работы

Основные результаты диссертационного исследования и защищаемые положения были представлены па ежегодных конференциях Геологической и Минералогической ассоциации Канады (GAC/MAC 2010, 2012), международной конференции, посвященной памяти академика В.Е.Ханна (2011), Арктических конференциях ЗР (The Polar 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

Диссертация состоит из введения, 4 глав, списка используемых источников (137 наименований, включая 1 электронный ресурс) и 3 приложений. Работа изложена на 169 страницах, включая рисунки и приложеня.

Благодарности

Организация работы и проведение исследований состоялась при неизменной поддержке и руководстве проф. А. К. Худолея, которому автор выражает свою глубокую признательность. Диссертация выполнялась на кафедре общей и региональной геологии института наук о Земле СПбГУ и в лаборатории геохимии и геохронологии изотопов ИГГД РАН. Совместные нолевые исследования, камеральная обработка п плодотворные дискуссии но аспектам региональной геологии проводились в ходе полевых работ по северной части Верхоянья с А. В. Прокопьевым, | А. П. Смеловым |, А. Ю. Егоровым, Г. Г. Казаковой, В. Б. Ершовой, Д. В. Васильевым, Д. А. Застрожповым, Дж. Холбруком (,1. НоШгоок). Автор признателен за помощь в освоении аналитических методик и интерпретации Эт-Ш изотопных данных Л. Б. Терентьевой, В. М. Саватенкову, Е. С. Богомолову. С особой радостью н теплотой автор вспоминает многолетнее дружеское знакомство и конструктивные дискус-

сии ио изотопной геологии с проф. Ю. А. Шуколкжовым . Автор благодарит Т. Поултопа (Т. Poulton) и М. Сесила (М. Cecile) за помощь в организации полевой поездки по Скалистым Горам, а также Л. Лейпа (L. Lane) н Т. Хадлари (Т. Hadlari) за неоценимый вклад в развитие представлений автора о геологии Кордильер. Автор также благодарит компанию TGS, ФГУ НПП «Аэрогеология» и ИГАБМ РАН за помощь в организации полевых работ.

Краткое содержание работы

Глава 1 посвящена обзору методических вопросов применения геохимических и Эт-Ш изотопного метода для исследований обломочных пород. В разделе 1.1 приведено описание основных геохимических диаграмм, которые используются в работе для определения состава источников сноса террнгенных пород. Концентрации окислов основных породообразующих элементов используются для построения дискриминационных диаграмм, ос-

иованпых на работах Bhatia, 1983 и Roser, Korsch, 1988. Использование концентраций редких, рассеянных элементов, отношений совместимых и несовместимых элементов, а также распределений РЗЭ н диаграмм, основанных на этих данных, приведено но работам Тэйлор, Макленнан, 1988, McLennan et al., 1993, McLennan et al., 2003.

Раздел 1.2 посвящен описанию поведения Sm-Nd нзотонпой системы в природе н использованию Sm-Nd изотопных данных для изучения осадочных пород. Изложены базовые принципы эволюционной модели Nd в мантии и коре, приведено определение терминов £х<1 и Том и принцип их использования в осадочных породах. Показано, что для интерпретации Sm-Nd характеристик протерозойских осадочных пород корректно использовать модельный возраст Том, а для фаперозойских, тем более, мезозойских и кайнозойских осадков эффективнее использовать параметр e^d(t) (Тэйлор, Макленнан, 1988; Ross et al., 1997). Приведены примеры использования ejjd(£) для осадочных пород предгорий Альп (Michard, 1985), Sm-Nd изотопные характеристики для современных осадков (Banner, 2007). Рассмотрено фракционирование Sm и Nd при образовании диагенетпческого апатита на примере юрских органогенных сланцев в Норвежском море и возможность контроля данного процесса (Ehrenberg, Nadeau, 2002).

В разделе 1.3 перечислены типы источников сноса согласно классификации McLennan et al., 1993., которые можно идентифицировать с помощью Sm-Nd изотопных характеристик и отношений совместимых и несовместимых элементов.

Глава 2 посвящена исследованию геохимических и Sm-Nd изотопных характеристик и реконструкции источников сноса каменноугольпо-нпжпемеловых терригенных комплексов Лено-Анабарского и Приверхоян-ского прогибов и северо-восточной окраины Сибирской платформы. В разделе 2.1 приводится описание геологического строения северо-востока Сибирской платформы и прилегающего Верхоянского складчато-надвигового пояса. Область исследований располагается в северо-восточной части Сибирской платформы и охватывает фрагмент платформенной части осадочного чехла, восточную часть Лено-Анабарского прогиба, северную часть Прнвер-хоянского прогиба, а также Хараулахский сегмент Верхоянского складчато-надвигового пояса.

В разделе 2.2 изложены основные особенности геологического строения и приведены, полученные предшествующими исследователями, Sm-Nd изотопные характеристики фуднамента Сибирской платформы и осадочного чехла докарбоиового возраста. В строении фундамента Сибирской платформы выделяются три типа структур: архейские граиит-зелепокамепиые

н гранулнт-гнейсовые тектонические области, ранние коллизионные пояса (2.1-1.9 млрд. лет) и поздние коллизионные пояса (1.9-1.8 млрд. лет). Величины £N11(0) для щитов Сибирской платформы п образцов из некоторых скважин соответствуют древнекоровым характеристикам и не превышают значение -16 (Ковач и др., 2000; Неймарк и др. 1998; Розен и др., 2006).

Первые осадочные отложения начинают накапливаться сразу после завершения аккреционных и коллизионных процессов в раннем протерозое. Время начала осадкопакопления в северной части Сибирской платформы оценивается в 1670 млн. лет (К1шс1о1еу еЬ а1., 2015). Нижнери-фейские отложения развиты на юго-востоке и севере платформы и представлены терригенными континентальными фациями. Средне- и верхнери-фейские отложения распространены па большей части платформы, имеют мощность до 4 км и представлены нрибрежно-морскимн, лагунными и реже континентальными терригенными и карбонатными породами. Венд-пижнеиалеозойскпе залегают трансгрессивно па рифейскпх комплексах и представлены преимущественно карбонатными и глинистыми отложениями. Срсдпс-нижпскамспиоугольныс отложения имеют весьма ограниченное распространение, п их формирование связано с процессами рифто-генеза, проявленного на восточной окраине платформы. Среднедевонско-нпжнекаменпоугольные осадочные и вулкапогенно-осадочные образования выполняют линейные грабены, которые начинаются в районе фронта Верхоянского складчато-надвигового пояса и затухают вглубь платформы. Изотопные характеристики рифейскнх отложений известны лишь но единичным данным — £ха(0) от -25 до -30 (Худолен и др, 2007; Купцова и др., 2011). Изотопные исследования вендских, нижне- и среднепалеозойских комплексов автору не пзвестпы.

В разделе 2.3 приводится краткое описание геологического строения терригеипых отложений пассивной окраины средпекаменпоугольпо-среднеюрского возраста и предгорных прогибов северо-востока Сибири. Тер-ригеиные отложения в северо-восточной части Сибирской платформы начинают накапливаться в конце раннего карбона и продолжают формировать разрез, практически без перерывов, до конца раннего мела. Основной бассейн накопления пород карбона — триаса находился па территории современного форланда складчатых структур, обрамляющих с северо-востока Сибирскую платформу. В платформенной части представлены отложения перми и триаса, которые перекрываются отложениями юры и мела, основной областью распространения которых являются прогибы к северу и востоку от него. Осадочные толщи карбона и иерми представлены терригенными отложениями шельфа, дельт и подводных конусов выноса. В триасе и юре накапливались более мелководные отложения шельфа и дельты. Меловые отложе-

пия представлены континентальными осадками и выполняют центральные части Лено-Анабарского и Прпверхояпского прогибов (рис. 1). Геологическое строение и петрографические характеристики осадочных толщ карбона — нижнего мела хорошо изучены и представлены в литературе (Булгакова. 1990; Атлас..., 1995; Бяков и др.. 2005; Дагис, Казаков, 1984; Казаков и др., 2002: Каплан, 1976; Князев и др., 1991; Коссовская и др., 1960; Парфенов, 1984; Прокопьев и др., 2001; Шурыгип и др., 2000: Шутов, 1969; Япаскурт, 1992).

В разделе 2.4 анализируются полученные в ходе исследования геохимические и Зш-Ис! изотопные характеристики среднекаменноугольных-нижпемеловых терригеппых отложений пассивной окраины и предгорного прогиба северо-востока Сибири. В данной работе приведены первые данные комплексных геохимических и Бт-М изотопных исследований. Для определения предполагаемого состава и типа источников сноса обломочного материала были использованы концентрации окислов главных элементов, редких и рассеянных элементов, отношения совместимых и несовместимых элементов, диаграммы распределения РЗЭ и Бш-Кс! изотонпые характеристики, выраженные в параметре £ш00- Полученные геохимические данные (рис. 2) показывают, что источники сноса, соответствующие основным породам, влияли в основном па состав триасовых отложений, и немного в меньшей степени па состав каменноугольных осадков. Пермские комплексы являются

Условные обозначения: на карте: О районы работ •■>• места отбора проб

на колонке:

Аргиллиты Алевролиты

Песчаники Н Угли ¡¿¿Ша^ Конгломераты

11 I Ч Карбонаты €Э Карбонатные конкреции • Образцы

СТРАТИГРАФИЯ

БАШКИРСКИИ-ГЖЕЛЬСКИЙ

СЕРПУХОВСКИЕ

ТУРНЕЙСКИЙ

Верхоянский складчато-надвиговый пояс (Хараулахский сегмент)

299 323

Тиксинская

Атырдахская

5М-11-10/1 ф

эм-п-ю/г

БМ-11-5/1 -БМ-! 1-5/2 *

5М-11-3/1 5М-11-3/2 БМ-И-б/г -

эм-и-б/г Г

5М-11-8/1 I 5М-11-8/2 # SM-H.11/1 5М-11-11/2 14-И»-09 • 14-\Ю9-14 • АКН-11-6/1 •

1-У09-39 • 1-»09-42 • АКН-11-18/1 ф АКН-11-15/1 « АКН-11-15/2

Рис. 1. Упрощенная стратиграфическая схема с точками отбора образцов. Составлена по данным Дагис, Казаков, 1984; Геологическая..., 1983; Государственная..., 2001; Казаков и др., 2002; Каплан, 1976; Проконьев и др., 2001, упрощено. Возрасты стратиграфических подразделений даны согласно ШСБ но состоянию па 2013 г.

преимущественно продуктами разрушения более средних пород, либо являются результатом смешения основных и кислых компонент. Верхнеюрские и меловые осадки являются продуктами размыва средних и кислых пород верхней континентальной коры.

СЕВЕРО-ВОСТОЧНАЯ СИБИРЬ

ПЕРЕДОВОЙ ПРОГИБ СКАЛИСТЫХ ГОР

В 4|

§

1 2 3456789 U/So

MORB Андезнтовые

- О «Г" Кисли

W Компонента

Основная ко лпонента \

\ ®

Ч1гГ

о с О

- о р Верхняя Kopaqf&a

о о j yj. «

о к Древняя нора

1 \ \

\ \ 5 V

II о с II \

0 \ о \ о о о р т .1 ft4 <3, О '0 0 J 0 к

о • \ о к О \ о

: ----

ооЬ-^^о

Г . ' 0 во||| ° 1 1» о о ! О 0° О 0 9 . . I , о вш

2 3 4 5

б) U/St

MORB Андезнтовые

- О Киста»

V Компонента

Основная компонента \

V»

\ 0

-

хо- sS

Верхняя кора Б ? •

0 J 0

0 к

о р Древняя коре

Th/Sc

Рис. 2. Геохимические диаграммы по McLennan et al., 1993, а) и в) для валовых проб северо-востока Сибирской платформы, б) и г) для валовых проб передового прогиба Кордильер Канады. На а) и б) области размыва пород различного состава: I - близкие к составу верхней континентальной коры, II - с возрастанием роли пород основного состава III - с возрастанием роли пород кислого состава.

Бш-Кс! изотопные характеристики каменноушлыю-нермских образцов соответствуют значениям £щ00 от —12 до —1, с преобладанием значений в интервале от —5 до —1, что указывает па значительную роль размыва ювепильпых комплексов в области сноса. Из данного наблюдения напрямую вытекает первое защищаемое положение. Триасовые образцы имеют более высокие значения — от —6 до +1, что объясняется добавлением в бассейн продуктов разрушения Сибирских траппов. Верхнеюрские и нижиемеловые образцы имеют однородные изотопные характеристики с коровыми значениями лежащими в пределах от —15 до —19. Анализ полученных геохимических и Ят-Ш изотопных данных для карбон-нпжнемеловых осадочных комплексов и сопоставление их с имеющимися в литературе данными по породам фундамента, чехла и комплексам складчато-надвиговых структур и орогепов, обрамляющих Сибирскую

платформу (Дегтярев и др., 2012; Khain et al., 2003; Kroner et ai, 2013; Vernikovsky et al., 1994, 2001, 2007), позволяет сделать следующие выводы (рис. 3). Формирование терригенных отложении северо-востока Сибирской платформы в камепноуголыю-триасовое время было обусловлено поступлением продуктов размыва как сравнительно ювепнльпых, так и коровых магматических и осадочных комплексов складчато-надвиговых систем северной и западной окраин платформы (рис. За). В триасовое время на изотопные и геохимические характеристики обломочных пород довольно сильно повлиял размыв основных магматических и изверженных пород транновой формации (рис. 36). Формирование мелководно-морских и континентальных верхнеюрскпх и, особенно, ннжпемеловых отложений, выполняющих передовые прогибы, связано с размывом области кристаллического фундамента (рис. Зв). Поступление продуктов размыва Верхоянского складчатого пояса для ннжпемеловых комплексов не фиксируется, поскольку изотопные характеристики отложений прогиба не содержат изотопных следов разрушения камснноугольно-^гриасовых терригенных пород, вовлеченных в систему надвигов Верхоянского складчато-падвигового пояса. Из последнего утверждения следует второе защищаемое положение.

Глава 3 посвящена изучению Sm-Nd систематики, источников сноса и тектонической истории верхнеюрскнх-палеогеновых комплексов передового прогиба Скалистых Гор юго-запада Канады. В разделе 3.1 приводится краткое описание тектонического районирования Скалистых гор Канады. Скалистые горы являются основных! горным хребтом Кордильер Северной Америки, которые образовались в результате мезозойской орогепии в западной части континента. В пределах Кордильер Канады выделяется 5 геоморфологических поясов: Островной пояс (Insular Belt), Береговой пояс (Coast Belt), Межгориый пояс (Intermontane Belt), пояс Оминика (Omineca Belt) и пояс форланда (Foreland Belt). Перед фронтом надвигов располагется передовой прогиб Кордильер, сформировавшийся как результат падвпгообра-зования, которое началось в поздней юре и продолжалось до палеоцена. В систему надвигов вовлечены позднспротсрозопско-юрскис отложения пассивной окраины и пижнерифейская падсерия Белт-Перселл, которые выходят на поверхность в поясах Оминика н форланда.

В разделе 3.2 приводится краткое описание геологического строения и Sm-Nd изотопных характеристик фундамента Северо-Амернканской платформы и осадочных последовательностей мезонротерозойско-мезозойской пассивной окраины, входящих в состав поясов форладпа и Оминика, как возможных источников сноса для осадков передового прогиба.

Фундамент Северо-Американскоп платформы сложен преимущественно

Море Лаптевых

область современного распространения прибрежн морских пермских отложений

Море Лаптевых

Сибирская платформа

\

□ карбоновые образцы О пермские образцы

Таймыр

О триасовые образцы д среднеюрские образцы

Таймыр

Море Лаптевых.

^-ус

область современного распространения ьерхнеюрских

ф меловые образцы А верхнеюрские образцы

область современного распространения морских каменноугольных и пермских отложений

Направления транспортировки ^^

осадочного материала: Ювенильного Смешанного/неопределенного Корового

Рис. 3. Схема направления переноса обломочного материала для а) камеи ноу гол ьно-пермского; б) триасового и ранне- среднеюрского: в) позднеюрского-раннемелового периодов.

архейскими и протерозойскими блоками коры. Наиболее молодые пеоироте-розойскпе ювенильные блоки коры образовались в ходе Грепвильской оро-гешш в восточной части Канады. Sm-Nd изотопные характеристики пород фундамента хорошо известны и представлены в литературе (напр., архейский фундамент — Villeneuve et al., 1993, палеопротерозойские террейны — Thcriault, Ross, 1991; Гренвильская кора — Dickin et al., 2010; McLelland et al., 2010). Для архснско-палсопротсрозойскон коры £>м(0), как правило, не превышает значения —25, а модельные возрасты (Т^м) не превышают 2.40 млрд. лет (Theriault, Ross, 1991). Гренвилиды имеют модельные возрасты (Tdm) от 1.1 до 1.7 млрд. лет и довольно ювенильные значения £.\а(1350) — от +1 до +6. Значения £ха(0) для гренвнльских пород лежат в интервале от -10 до -12.

Наиболее древние осадочные образования представлены породами над-серни Белт-Перселл, которая выполняет часть системы мезоиротерозойских рифтов и имеет мощность до 18 км (Gabrielse, Yorath, 1991; Burchfiel et ai, 1992; Link et al., 1993; Stott, Aitken, 1993). Время накопления падсе-рии Белт-Псрсслл оценивается в промежутке 1576-1350 млн. лет (Stott, Aitken, 1993; Link et al., 1993; Chandler, 2000; McFarlane, Pattison, 2000; Luepke, Lyons, 2001; Ross, Villeneuve, 2003). Надсерию Белт-Перселл перекрывает с угловым несогласием надсерия Виндермир, которая накапливалась в интервале 720-570 млн. лет и имеет мощность до 9 км (Lund et al., 2010; Ross, Arnott, 2006). Надсерия Виндермир почти повсеместно подстилает нижненалеозойскне горизонты и включает в себя рифтовые отложения и отложения пассивной окраины. Выше но разрезу от нижнего кембрия до средней юры развиты отложения классической пассивной окраины (Gabrielse, Yorath, 1991; Stott, Aitken, 1993). Изотопные характеристики осадочных последовательностей временного интервала от мезопротерозоя до средней юры широко освещены в литературе (Frost, Winston 1987; Burwash et ai, 1988; Burwash et al., 1988; Boghossian et ai, 1996; Garzione et al., 1997; Ross et al., 1997; Stevenson et al., 2000). Значения £ш(0) для рнфейскнх пад-серий Белт-Перселл и Виндермир лежат в интервале от —12 до —30. Нижненалеозойскне осадки характеризуются также довольно низкими значениями £xd(t), лежащими в пределах от —14 до —22. Изотопный состав Nd девоп-среднеюрскнх толщ характеризуется однородным распределением £N<i(t) от -9.5 до -6.0.

В разделе 3.3 приводится описание обломочных комплексов передового прогиба Скалистых Гор и анализируются геохимические и Sm-Nd изотопные характеристики обломочных пород, полученные в ходе исследования. В передовом прогибе па юго-западе провинции Альберта выделяется три главных этапа осадконакоиления, отражающих активизацию тектони-

ческих процессов в прилегающих частях Кордильер: (1) формация Ферни -серия Кутннсп (киммсрпдж - валаижни), (2) серия Блэй.мор (ант - альб), (3) серия Мплк Ривер - формация Поркьюпайн Хил.т (сепоман - палеоцен) (Gabrielse, Yorath, 1991; Ross and references., 2005). Осадочные серии каждого из этапов состоят из терригепных пород, причем песчаники и конгломераты преобладают над алевролитами и алевритами (рис. 4). Геологическое строение и петрографические характеристики осадочных последовательностей передового прогиба довольно хорошо изучены (Lerbekmo, 1963; Nelson, 1968; Stott, 19С8, 1984; Carrigy, 1971; Prise et al., 1972; Ogunyomi, Hills, 1977; Gibson, 1979, 1985, Gabrielse, Yorath, 1991; Potocki, Hutcheon, 1992; Stott, Aitken, 1993).

Автором были проведены комплексные геохимические и Sm-Nd изотопные исследования 23 валовых проб террнгенных пород через весь прогиб примерно но широте г. Калгари. Для определения предполагаемого состава и типа источников сноса использовались концентрации редких элементов, отношения совместимых и несовместимых элементов, диаграммы распределения РЗЭ н Sm-Nd изотопные характеристики, выраженные в параметре £xd(t). На геохимических диаграммах с участием совместимых и несовместимых элементов (Co/Th, La/Sc, Th/Sc, рис. 2) фигуративные точки проанализированных образцов располагаются преимущественно вблизи средних значений состава верхней коры и, реже, в области преимущественного размыва кислых и основных пород. При этом па диаграммах видно, что в меловое время размывались более разнообразные по составу источники сноса, чем в юрское время. Отношение Cr/V для всех изученных проб довольно низкое, что исключает возможность широкого развития ультраосновных пород в источниках сноса.

Значения cNd(t) всех исследованных образцов находятся в интервале от — 15 до —1. Для пород первого и второго этапов осадкопакоилепня (юра — нижний мел) значения £>i(i(t) варьируют от —10 до —5, что характеризует смешанный источник из девон-трпасовых комплексов пассивной окраины. Для пород третьего этапа осадконакоплення (верхний мел — палеоцен) характерен более широкий интервал значений s.\a(t) — от —15 до —1, что указывает па появление новых источников сноса — таких как серии Белт-Перселл и фрагментов кристаллического фундамента с относительно низкими значениями £N<i(t), так и более ювенильных комплексов с £>ja(t), близкими к нулю.

Изотопный состав Nd для осадочных пород первого и второго этапов осадконакоплення (киммсрпдж - альб) имеет однородный характер и свидетельствует о том, что снос обломочного материала происходил из сравнительно близко расположенных н уже вовлеченных и надвигообразование

дсвон-трпасовых осадочных комплексов пассивной окраины (пояс форлан-да) (рис. 5). Сравнительная однородность источников сноса для комплексов этнх этапов, особенно первого, подтверждается, в том числе, и геохимическими Данными. Отсутствие иных источников сноса связано, скорее всего, с тем, что возникшие хребты служили водоразделом и изолировали формп-

JiJ Песчаники Конгломераты^ | Уголь

pi или 1 ы и II Вулканиты • Образны алевролиты ¡'_.л. |_|

Рис. 4. Стратиграфическая колонка предгорного прогиба (но Lenard et al., 1983; Ross et al., 1997 с изменениями). Условные обозначения: 1 - песчаники и алевролиты, 2 - аргиллиты, 3 - конгломераты, 4 - вулканические породы, 5 - точки отбора, проб. Цифры в кружках — этапы терригенного осадкоиа-коплеипя: 1 - серия Фёрпи - серия Кутпей; 2 - серия Блеймор; 3 - серия Альберта - свита Поркьюпайн Хилл.

Юго-запад

Островной

Северо-восток

Пояс Оминика Пояс форланда Предгорный прогиб

высокие Th/Sc низкие Zr/Sc, La/Sc, Th/Sc низкие значенИя e«(t) высокие значения eNi(t)

высокие Zr/Sc

Заключительная стадия развития предгорного прогиба

Б. Этап 3: сеноман - палеоцен

Высокие Zr/Sc Низкие Co/Th Средние значения eNd(t)

Начало и продолжение формирования предгорного прогиба

А. Этап 1-2: киммеридж - альб

фундамент Северо-Американской платформы

протерозойские отложения пассивной окраины

палеозойские - срсднеюрские отложения пассивной окраины

верхнеюрские - палеогеновые отложения предгорного прогиба

остро водужпые террейны пояса Оминика

Рпс. 5. Схематичные разрезы, иллюстрирующие тектонические события в мезозое — палеогене южной части Кордильер Канады. (А) Киммеридж-альб: начало надвигообразовання в поясе форлавда и формирование передового прогиба. Осадочный материал поступает из растущей горной системы, сложенной отложениями пассивной окраины. Возобновление надвигообразовання в аите и отложение конгломератов Кадомин и серии Блэймор после регионального размыва. Осадочный материал продолжает поступать из разрушающегося пояса форланда. (Б) сеноман-палеоцен: основная фаза надвигообразовання в Скалистых горах. В область размыва попадают фрагменты кристаллического фундамента, протерозойские отложения пассивной окраины и ювенильные комплексы пояса Оминика и, возможно, Островного пояса (изменено по Evenchik et al., 2007: Ross et a/., 1997, 2005).

рующийся передовой прогиб от океанических и островодужпых комплексов, признаков размыва которых не фиксируют ни Бт-Ш изотопная система, пи геохимические данные.

Изменение йгп-М! изотопных характеристик в породах третьего этапа указывает на относительную неиеплепизацию восточной части рассматриваемого региона и возобновление надвигообразовапия в западной части Кордильер — поясах форланда и Омпинка, в результате чего в область размыва могли попасть породы серий Белт-Перселл и Виндермир и фрагменты кристаллического фундамента. В то же время, продукты размыва океанических комплексов из более западных районов Кордильер (Межгорный пояс) по-прежнему не поступали в передовой прогиб, фиксируя наличие барьера, каковым являлся водораздел, находившийся примерно между Межгорным поясом и поясом Оминнка — он располагался западнее, чем в юрско-ранпемеловое время. Ювенильные значения ема^) от —2 до —5 в иоздпемеловых породах также указывают, на то, что снос материала происходил с источников, расположенных западнее пояса форланда, таких как террейп Квеснелия (СЗиезиеШа), отдельные фрагменты которого находятся в поясе Оминнка. В то же время преобладание в сеноман-палеоцеиовом разрезе осадков со значениями не характерными для комплексов

серии Белт-Перселл или океанических террейнов, позволяет предполагать, что поступающие продукты их размыва смешивались с уже накопившимися осадками передового прогиба, что приводило к некоторому усреднению их изотопных характеристик.

В главе 4 обобщены выводы, сделанные в главах 2 и 3 и проведён сравнительный анализ эволюции Бт-Ш системы терригенпых пород осадочных бассейнов пассивных окраин и передовых прогибов па примерах северо-востока Сибири и Кордильер Канады (рис. 6). Анализ ЭпИЧс! изотопных данных осадков этана развития пассивных окраин — в девопе - средней юре в Кордильерах и в среднем карбоне — средней юре в Сибири показывает, что обломочный материал приносился в обеих ситуациях из удаленных смешанных источников, но в Северо-Амернкаиском случае источник располагался гораздо дальше, чем соответствующий источник для Верхоянской пассивной окраины. Данное наблюдение сделано исходя из анализа диапазона значений ^ха(^) Для соответствующих временных периодов в Сибири и в Кордильерах. Поскольку, согласно общепринятому мнению (панр., Boghossian еЬ а1, 1996), источником сноса для осадочного бассейна Кордильер является Иипунтский ороген, который находится более чем в 3000 км от объекта исследования, то наиболее логичными источниками для Верхоянских осадков, могут являться Таймыр н комплексы западной окраины Сибирской платформы.

О Образцы автора

О Boghossian et al., 1996

О Garzione et al., 1997

@ Ross et al., 1997

О Ross et al., 2005

Рис. 6. Сводные диаграммы эволюции еш^) для бассейна юго-западной Канады (слева) и для северо-восточной Сибири (справа).

Бт-Ш изотопные и геохимические данные комплексов, выполняющих передовые прогибы (поздняя юра — мел), фиксируют различия тектонических обстановок. Если в юго-западной Канаде размывались локальные источники сноса, вовлеченные в иадвигообразовапне, то в Приверхояпскип прогиб сносились осадки из удаленного и однородного источника сноса с Бт-Ш изотопными и геохимическими характеристиками древней коры. Последнее утверждение доказывает третье защищаемое положение.

Публикации по теме диссертации

В изданиях, рекомендованных ВАК:

[1| Малышев С. В., Худолей А. К., Ершова В. В., Терептьева Л. Б. Бт-Хс! систематика и геохимические характеристики верхнеюрских -палеогеновых комплексов передового прогиба Кордильер Канады // Вестник СПбГУ. 2012. Сер.7. Вып. 3. С. 38-52.

|2| Khudoley A. K., Chamberlain K., Ershova V. B., Sears J., Prokopiev A. P., MacLean J., Kazakova G. G., Malyshev S. V., Molchanov A. V., Kullerud K., Toro J., Miller E., Veselovskiy R., Li A., Chipley D. Proterozoic supercontinental restorations: constraints from provenance studies of Mesoproterozoic to Cambrian clastic rocks, eastern Siberian Craton // Precambrian Research. 2015. V.259. P. 78-94.

[3| Khudoley A. K., Prokopiev A. V., Chamberlain K. R., Ernst R. E., Jowitt S. M., Malyshev S. V., Zaitsev A. I., Kropachev A. P., Koroleva O.V. Early Paleozoic mafic magmatic events on the eastern margin of the Siberian Craton // Lithos. 2013. V. 174. P. 15-50.

Тезисы докладов научных конференций:

[5| Malyshev S. V., Khudoley А. К. Evolution of Sm-Nd isotopic system in clastic rocks of foreland basins: comparison of Priverkhoyansk (NE Siberia) and Foothills (SW Alberta) / The Geological Society of America 2014 GSA Annual Meeting in Vancouver, British Columbia (19-22 October 2014).

[G| Малышев С. В., Худолей А. К. Sm-Nd систематика террпгениых пород осадочных бассейнов пассивных окраин и передовых прогибов на примерах северо-востока Сибири и Кордильер Канады. Тектоника складчатых поясов Евразии: сходство, различие, характерные черты новейшего горообразования, региональные обобщения. Материалы XLVI Тектонического совещания, 2011. с. 249-252.

[7| Malyshev S. V., Khudoley А. К., Prokopiev А. V., Ershova V. В. Provenance of late Paleozoic strata on the passive margin from northeast Siberia: A Nd Isotopic Study, AAPG Search and Discovery Article 90177©3P Arctic, Polar Petroleum Potential Conference and Exhibition, Stavanger, Norway. October 15-18, 2013.

[81 Malyshev S. V., Khudoley A. K., Prokopiev A. V., Ershova V. B. Sm-Nd provenance study of the Permian to Paleogene strata, the Northeast part of Siberian Craton, GAC-MAC Joint Annual Meeting Volume 35, 2012. p. 84-85.

[91 Malyshev S. V., Khudoley A. K., Prokopiev A. V., Ershova V. B. Sm-Nd study of the Permian to Paleogene Strata, the northeast part of Siberian Craton: provenance interpretation, Sediment Provenance Studies in Hydrocarbon Exploration^ Product ion. London, 5-7 December 2011.

|10] Malyshev S. V., Khudoley A. K., Prokopiev A. V., Ershova V. B. Sm-Nd study of the Permian to Paleogene strata, Verkhoyansk foreland basin: provenance interpretation. AAPG Search and Discovery Article #90130©2011 3P Arctic, The Polar Petroleum Potential Conference&Exhibition, Halifax, Nova Scotia, Canada, 30 August, - 2 September, 2011.

[111 Malyshev S. V., Khudoley A. K., Molchanov A. V., Berezhnaya N. G. Provenance of the lower Mesoproterozoic sandstones, East Anabar Shield: U-Pb dating and chemical composition of detrital zircons and Sm-Nd isotopic studies. AAPG Search and Discovery Article #90130©2011 3P Arctic, The Polar Petroleum Potential Conference&Exhibition, Halifax, Nova Scotia, Canada, 30 August - 2 September, 2011.

[12| Ershova V., Khudoley А. К., Prokopiev A. V, Kazakova G. G, Malyshev S. V. Migration of Depozones within the Northern Part of the Pi iverkhoyansk Foreland Basin — Possible Analog to McMurray Formation. Recovery: Energy, Environment, Economy. CSPG, CSEG, CWLS Convention. May 9-13 2011, Calgary.

[13| Малышев С. В., Худолеil А. К., Ершова В. Б. Sm-Nd систематика всрхнеюрских — палеогеновых комплексов передового прогиба Скалистых гор. Современное состояние наук о Земле. Материалы международной конференции, посвященной памяти В. Е. Хаина, 2011. с. 1225-1226.

[14] Malyshev S. V., Berezhnaya N. G., Detrital zircons from the lower Mesoproterozoic sandstones, east Anabar shield: REE, Th and U distribution and provenance interpretation. Geocanada 2010, working with the Earth. Calgary, Alberta, May 10-14, 2010.

Подписано в печать 03.07.2015 г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,3. Тираж 120 экз. Заказ № 3858.

Отпечатано в ООО «Издательство "JIEMA"» 199004, Россия, Санкт-Петербург, 1-я линия В.О., д.28 тел.: 323-30-50, тел./факс: 323-67-74 e-mail: izd_lema@mail.ru http://www.lemaprint.ru