Геохимические особенности, время и условия формирования метатерригенно- карбонатных отложений Дербинского блока (Восточный Саян) А.Д. Ножкин, О.М. Туркина, Н.В. Дмитриева, Е.Ф. Летникова, И.И. Лиханов ИГМ СО РАН, г. Новосибирск

Схема распространения докембрийских комплексов в пределах ЮЗ обрамления Сибирской платформы Исследование докембрийских блоков в складчатом обрамлении юго-западной окраины Сибирского кратона приобрело особое значение в связи с обсуждением вопросов, касающихся ранних этапов эволюции коры Центрально- Азиатского складчатого пояса (ЦАСП). Дербинский блок, один из наиболее крупных структурных элементов аккреционно-коллизионного пояса в юго-западном обрамлении Сибирского кратона. Располагается он в центральной части Восточного Саяна, протягиваясь в СЗ направлении на расстояние около 500 км.

Структуры аккреционно-коллизионного пояса северо-западной части Восточного Саяна Дербинский блок образован мощным метатерригенно-карбонатным комплексом, который инъецирован синскладчатыми и секущими гранитоидами. Бирюсинский блок Дербинский блок Канский блок Арзыбейский блок

Цель – определение времени и условий формирования метатерригенно-карбонатных образований и гранитоидов Дербинского блока Задачи: Реконструкция протолитов и выявление геохимических особенностей метаморфических пород Определение времени формирования осадочных отложений и гранитоидов Оценка P-T параметров метаморфизма Выяснение особенностей аккреционных процессов

Метаосадочные и магматические комплексы изучены нами по четырем профилям (р. Уда, Кара-Бурень, хреб Тэло, р. Крол, ж.д. Абакан-Тайшет) Положение Дербинского блока в структуре аккреционного пояса Восточного Саяна (1) и в юго-западном обрамлении Сибирского кратона (2). Структуры аккреционного пояса: К – Канский, А – Арзыбейский, Д – Дербинский блоки. Пунктирными линиями показано местоположение основных изученных разрезов в пределах Дербинского блока. Треугольник – места отбора и номера проб на выделение циркона.

Метаосадочный комплекс Дербинского блока относится к саянской серии позднего докембрия, в составе которой выделяется три свиты (снизу вверх) – алыгджерская, дербинская и жайминская. Метаморфические толщи отчетливо слоистые и имеют явно первично осадочную природу. Схематические геологические карты Манское белогорье Р.р. Уда, Кара-Бурень

СвитаПороды Жайминская (каменская) Графитистые сланцы, кварциты, мраморизованные известняки, кальцифиры ДербинскаяМраморы кальцитовые графитсодержащие, графитисто-слюдистые кварциты, прослои биотит-амфиболовых гнейсов, горизонты амфиболитов АлыгджерскаяНа СЗ. Ритмичное чередование сланцев (амфиболовых, амфибол-кальцитовых и др.) и гнейсов (биотитовых, биотит- амфиболовых), кальцифиров, графитистых кварцитов. На ЮВ. Биотит-амфиболовые и биотитовые гнейсы (65%), амфибол-биотитовые ± Гр ± Сил сланцы (25%), прослои граф. мраморов и слюдистых кварцитов Состав пород саянской серии

Классификационная диаграмма А.Н. Неелова (1980) для метатерригенных пород Дербинского блока. Районы: 1 – Манский, 2 –Удинский. Петрохимические характеристики выражены в атомных количествах: a = Al/Si; b = Fe 2+ +Fe 3+ +Mn+Ca+Mg. Цифры на диаграмме – поля осадочных пород: I – кварцевые песчаники, ультрасилициты; II – олигомиктовые песчаники, силициты; III – аркозовые, граувакковые песчаники; IV – алевролиты полимиктовые (а), граувакковые (б), карбонатные (в); V – алевропелиты; VI – пелиты. По петрохимическому составу высококальциевые сланцы и гнейсы (CaO = 7- 18%) алыгджерскй свиты соответствуют карбонатным алевролитам и алевролитовым карбонатолитам [Неелов, 1980], а низкокальциевые (CaO = 3-6 %) граувакковым и карбонатным алевролитам. Высокоглиноземистые (Al 2 O 3 = 16-18%) биотитовые ± гранат гнейсы по составу отвечают алевропелитам и пелитам. 1212

Диаграмма Ф. Петтиджона [Петтиджон и др., 1976] для метатерригенных пород Дербинского блока. Районы: 1 – Манский, 2 – Удинский. Высокая величина натриевого модуля (Na 2 O/Al 2 O 3 > 0,2) [Юдович, 1981], отражающего степень выноса натрия в процессе химического выветривания, также как и положение фигуративных точек на классификационной диаграмме Ф. Петтиджона [Петтиджон и др., 1976], свидетельствуют о том, что все рассматриваемые породы соответствуют грауваккам. 1212

CIA46-56 Na 2 O/Al 2 O 3 > 0.2 SiO 2 /Al 2 O 3 3,2-5,2 Индекс химического изменения CIA=[Al 2 O 3 /(Al 2 O 3 +CaO+Na 2 O+K 2 O)]x100 Химические индексы изменения пород на палеоводосборах Геохимические особенности метаосадочных пород свидетельствуют о невысокой степени их зрелости. Метатерригенные породы Дербинского блока характеризуются значениями SiO 2 /Al 2 O 3 (3,2-5,2), соответствующими магматическим породам [Roser et al., 1996], что говорит о незначительном фракционировании материала в процессе транспортировки и слабом его преобразовании в процессе выветривания. Значения индекса химического выветривания CIA [Nesbitt, Yong, 1982] варьируют от 46 до 56, что существенно ниже значений для глинистых сланцев (70-75).

а) Мультиэлементные спектры для метатерригенных пород (средние значения) Дербинского блока и граувакк энсиалических островных дуг (EIA) (Bhatia, Crook, 1986). Нормировано по составу граувакк энсиматических островных дуг (OIA) ) (Bhatia, Crook, 1986). б) Положение составов метатерригенных осадков Дербинского блока на дискриминационных диаграммах (Fe 2 O 3 *+MgO) – TiO 2 (Bhatia, 1983) и La-Th- Sc (Bhatia, Crook, 1986). Поля на диаграмме: A – энсиматические островные дуги, B – энсиалические островные дуги. A B По содержанию MgO+Fe 2 O 3 * и TiO 2, а также редкоэлементному составу метаосадки соответствуют грауваккам островных дуг. Это заключение подтверждается положением фигуративных точек метаосадочных пород на дискриминационных диаграммах Бхатия [Bhatia, Crook, 1986].

Средние значения содержаний редкоземельных и редких элементов, а также значений Th/Co, Th/Sc, La/Co, La/Sc, Eu/Eu* в гнейсах и сланцах саянской серии в целом не имеют существенных различий между свитами и предполагают образование метаосадков за счет разрушения пород основного и кислого состава. По редкоэлементному составу эти породы схожи с граувакками континентальных островных дуг. Редкоэлементный состав метаосадков саянской серии

Диаграмма Ф. Петтиджона [Петтиджон и др., 1976] для кварцитов Дербинского блока. Изученные кварциты дербинской (район Манского белогорья, бассейна р. Уда) и жайминской свит (бассейн р. Крол) на классификационной диаграмме Ф. Петтиджона соответствуют двум группам песчаных пород – кварцевым аренитам (графитистые кварциты с SiO 2 >86%), и лититовым (субаркозы, аркозы) аренитам (слюдистые кварциты с содержанием SiO 2 < 86%). По содержанию Al 2 O 3, TiO 2, Na 2 O, K 2 O, Zr, повышенному относительно кварцитов хемогенного происхождения, рассматриваемые породы вполне соответствуют терригенным.

Сходные концентрации редких элементов в кварцитах жайминской и дербинской свит (район Манского белогорья) говорит, о близости состава пород источников сноса. Распределение редких элементов в кварцитах

Характер распределения основных типоморфных элементов в карбонатных породах (Ti, Mn, Zr, Sr, Ba), миграция которых определяет характерные физико- химические особенности данной обстановки седиментогенеза, и элементов- примесей (Cr, Ni, Co, V, Cu, Sc, Zn, Pb, Y и др.), характеризующих петрогенетический характер источников сноса, показал, что они в породах разных свит существенно не различаются. Это говорит о близких фациальных условиях их накопления. Сходное распределение элементов примесей, проявляющееся в вышекларковом содержании Ni, Co, Cu и нижекларковом – Pb, Y, указывает на то, что характер питающих провинций во время формирования карбонатных отложений свит существенно не менялся. Порода/кларк Кларк приведен по Беусу (Перельман, 1979). Мультиэлементые спектры мраморов саянской серии

Содержания REE в карботнатных породах колеблются в интервале от 3 до 14 г/т. Для них характерен слабонаклонный тренд распределения REE ((La/Yb)n от 4 до 7) с отчетливой отрицательной Ce аномалией ((Ce/Ce*) = 0,1-0,8), весьма характерной для океанской воды. Нормированные на хондрит спектры распределения РЗЭ в мраморах

В пределах Дербинского блока широко распространены гранитоиды. В Манском белогорье они слагают ареалы сближенных согласных, субсогласных и секущих небольших по мощности тел (от долей до первых метров) в отложениях саянской серии. Юго-восточнее (бассейны рек Агул, Гутара, Уда) гранитоиды наряду с ареалами пластовых и жильных тел, насыщающих разрез метаморфитов, образуют и отдельные массивы. Гранитоиды представлены амфибол-биотитовыми кварцевыми диоритами и тоналитами, биотитовыми плагиогранитами, микроклиновыми гранитами и лейкогранитами, а также пегматоидными их разностями. Схематическая геологическая карта СЗ части Восточного Саяна

Гранитоиды дербинского комплекса метааллюминиевого типа, с повышенной известковистостью (CaO >1,5 %), пониженной концентрацией некогерентных редких (Rb, U, Th, ЛРЗЭ), высокозарядных элементов, высокими Sr и Ba. Мультиэлементные спектры гранитоидов

Они обеднены тяжелыми РЗЭ (La/Yb)n – 12-35), при отсутствии или слабом проявлении отрицательной аномалии Eu. Спектры распределения РЗЭ в гранитоидах Дербинского блока

Петрогеохимические особенности гранитоидов свидетельствуют о их принадлежности к гранитам I-типа. Образование дербинских гранитов могло происходить путем 20-30% плавления тоналитового источника с отделением гранат-ортопироксен-кварц-плагиоклазоваго рестита. Этот тоналит-гнейсовый источник весьма близок по уровню накопления Th, РЗЭ, Ta, Hf к островодужным тоналитам соседнего Арзыбейского блока, что подтверждается изотопными данными. T(DM) дербинских гранитоидов млн. лет, εNd (Т) = +2,4…+2,9; T(DM) плагиогнейсов Арзыбейского блока – млн. лет, εNd (Т) = +6,7…+6,8.

Изотопный U-Pb возраст циркона из кварцевого диорита из жильного синскладчатого тела в толще саянской серии (р. Крол), составляет 498±5 млн лет. Эти результаты хорошо согласуются с данными Ar-Ar датирования роговой обманке (501±3 млн лет) из вмещающих диориты амфиболовых кристаллосланцев. Близкий Ar-Ar возраст (483±6 млн лет) установлен и для роговой обманки из амфиболовых плагиогнейсов этой же толщи в 50 км к юго-востоку (хребет Тэло, верховье р. Мал. Шинда). Все это свидетельствует об одновременном проявлении метаморфизма и синколлизионного гранитоидного магматизма на этапе аккреции Дербинского блока к другим блокам в позднем кембрии – начале ордовика, что является отражением раннекаледонских (салаирских) орогенических событий, широко проявленных в ЦАСП. (роговая обманка)

Ранее на основании Sm-Nd и U-Pb изотопных данных и ряда особенностей состава гранитоидов и терригенных метаосадков сделан вывод о том, что кристаллическое основание Дербинского блока представлено породами, аналогичными островодужным, обнажающимся в соседнем Арзыбейском блоке, возраст которых оценивался млрд лет. Минимальные значения модельного Nd возраста метатерригенных пород (1.3 млрд лет) и время метаморфизма и внедрения гранитоидов ( млн лет) свидетельствуют о том, что метаосадочные отложения имеют не раннедокембрийский, как это считалось ранее, а мезо-неопротерозойский возраст.

С целью уточнения времени осадконакопления и вероятных источников сноса для отложений Дербинского блока впервые методом LA-ICP-MS выполнено U-Pb датирование детритовых цирконов, выделенных из метаосадочных пород саянской серии.

Доминирующими (56%) в изученной популяции являются детритовые цирконы с возрастом млн. лет, которые в катодолюминесцентном изображении (КЛ) в основном характеризуются осцилляторной зональностью типичной для магматических цирконов. Источником этих цирконов могли быть магматические породы островодужных комплексов, например, Предивинского террейна (юг Енисейского кряжа) с U-Pb возрастом млн лет. Минимальные возрасты зерен позволяют оценить нижнюю границу осадконакопления на уровне около 600 млн лет. Более молодые цирконы с возрастом млн лет (5 зерен) имеют пятнистое неоднородное внутреннее строение или отсутствие отчетливой зональности в КЛ. Их изотопная система вероятно отражает потери свинца в связи с проявлением раннекаледонского метаморфизма. В пользу этого свидетельствует наличие у цирконов тонких незональных кайм, возраст которых составляет млн лет. Единичные цирконы характеризуются возрастами в диапазоне от 660 до 900 млн лет. Все полученные данные свидетельствуют о поступлении детритового материала, образованного только за счет позднерифейских источников. Кальцит-биотит-амфибол-плагиоклазовый кристаллический сланец ( ) алыгджерской свиты, (р. Крол) Гистограмма U-Pb возрастов и кривые относительной вероятности возрастов детритовых цирконов

Гистограмма распределения возрастов с дискордантностью менее 5% характеризуется широким максимумом в диапазоне от 600 до 820 млн лет, в котором выделяется три локальных пика: , и млн лет. В него попадают 70% цирконов, что отражает преобладание разновозрастных поздненеопротерозойских источников сноса. Нижняя граница осадконакопления, как и в предыдущем случае, оценивается 600 млн лет. Немногочисленные цирконы имеют ранненеопротерозойский возраст млн лет. Наконец, единичные цирконы с возрастом млрд лет свидетельствуют об ограниченном вкладе в осадконакопление палеопротерозойских комплексов Сибирского кратона или раннедокембрийских микроконтинентов в структуре ЦАСП. Возраст темных и незональных в КЛ кайм на более древних ядрах составляет млн лет, что отражает проявление раннекаледонского метаморфизма. Это позволяет связывать возрастные значения в интервале млн лет с нарушением изотопной системы циркона в результате метаморфизма исходных осадков. Наиболее вероятными неопротерозойскими источниками детритового циркона служили породы аккреционно-субдукционных комплексов ЦАСП. К их числу можно отнести, наряду с Предивинским террейном, островодужные комплексы СЗ части Восточного Саяна, структуры Тувино-Монгольского массива с возрастом от 750 до 800 млн лет. Гранат-биотит-амфиболовый гнейс (96-86) дербинской свиты (р. Уда)

Возрастные Ar-Ar спектры минералов из метаморфических пород разных блоков СЗ Присаянья. Возрастные Ar-Ar спектры минералов из метаморфических пород Дербинского блока. Результаты изотопно-геохронологических исследований позволяют ограничить время формирования терригенно-карбонатных отложений саянской серии в интервале от 600 до 540 млн лет, что соответствует венду. Это согласуется с отсутствием в Дербинском блоке палеонтологически охарактеризованных кембрийских отложений, а также, судя по результатам Ar-Ar исследований, признаков проявления метаморфизма вендской эпохи в отложениях саянской серии. Этапы метаморфизма

С целью определения P-T параметров метаморфизма исследованы минеральные ассоциации биотит-амфиболовых и гранат-биотитовых плагиогнейсов (метаграувакк) алыгджерской и дербинской свит и плагиоклаз-амфиболовых кристаллосланцев (метабазитов) в составе дербинской свиты, отобранных из разреза саянской серии по рекам Уда и Кара-Бурень, а также биотит-амфиболового с калишпатом гнейса и биотит- амфибол-карбонатного кристаллосланца из разреза по р. Крол (Манское белогорье). Выполненные расчеты Р-Т условий метаморфизма показали видимые различия по Р-Т параметрам формирования толщ разного химического состава (Т = ºС при Р = кбар) в пределах погрешностей методов, что свидетельствует о неоднородности метаморфизма пород Дербинского блока. В целом же метаморфизм этих пород отвечал условиям перехода от эпидот-амфиболитовой к амфиболитовой фации и всему Р-T интервалу амфиболитовой фации, включая ее верхи.

образца Минеральная ассоциация Место отбора T°C/P, кбP, кб 33-86Amp+Pl+BtР. Уда734/ Amp+Pl-/-735/ Amp+Pl-/-715/ Amp+Pl+Bt+Cpx-/-750/ Grt+Pl+Bt Р. Кара- Бурень 674/ Amp+Pl+BtР. Крол664/ Amp+Pl+Bt+Kfs-/-700/ Оценки P-T условий метаморфизма по минеральным геотермобарометрам. Примечание. T°C/P, кб – значение P-T параметров, полученные по различным модификациям геотермометров и геобарометров для гранатовых и безгранатовых ассоциаций, соответственно. P, кб – диапазон оценок давлений, рассчитанный с помощью четырех калибровок для Al-Hbl геобарометра. Величины Р-Т параметров метаморфизма пород вычислены на основе составов породообразующих минералов при совместном использовании взаимосогласованных калибровок гранат-биотитового [Holdaway, 2000] и амфибол-плагиоклазового [Blundy, Holland, 1990] геотермометров и гранат-биотит-плагиоклаз-кварцевого геобарометра [Wu et al., 2004 ] в пакете MATHEMATICA 5.0 с помощью процедуры NullSpace. Для независимого контроля давления эти значения сопоставлялись с оценками давлений, полученных с помощью четырех калибровок для Al-Hrb геобарометра, обзор которых приведен в [Лиханов и др., 2013].

Выводы 1.Геохимические особенности метаосадков свидетельствуют о низкой зрелости метатерригенных пород, которые по содержанию MgO+Fe2O3, TiO2, редкоэлементному составу соответствуют грауваккам островных дуг, что отражает их источники сноса. Изученные кварциты по содержанию Al2O3, TiO2, Na2O, K2O, Zr, повышенному относительно кварцитов хемогенного происхождения, соответствуют терригенным. 2.Формирование осадочных пород саянской серии Дербинского блока происходило в конце неопротерозоя в интервале между 600 и 540 млн лет. 3.Доминирующим источником сноса для осадочных пород саянской серии служили неопротерозойские аккреционно-субдукционные комплексы при ограниченном вкладе раннедокембрийских пород. 4.Петрогеохимический состав гранитоидов отвечает гранитам I-типа. Образование их могло происходить путем частичного плавления тоналит-гнейсового источника, по уровню накопления Th, РЗЭ, Ta, Hf весьма близкого островодужным тоналитам Арзыбейского блока. Это подтверждается и изотопными Sm-Nd характеристиками.

5. U-Pb и Ar-Ar изотопные данные свидетельствуют об одновременном проявлении метаморфизма и синколлизионного гранитоидного магматизма на этапе аккреции Дербинского блока к другим блокам в позднем кембрии-начале ордовика, что является отражением раннекаледонских орогенических событий широко проявленные в ЦАСП. 6.Оценки P-T параметров (T = °C при P = кбар) свидетельствует о неоднородности метаморфизма осадочных пород Дербинского блока. Метаморфизм этих пород отвечал условиям перехода от эпидот-амфиболовой к амфиболитовой фации и P-T диапазону амфиболитовой фации.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ