Фундаментальной задачей геологических наук является получение знаний об эволюции Земли в целом, в частности – об эволюции осадочных бассейнов. С осадочными бассейнами связаны месторождения многих рудных и нерудных полезных ископаемых. Изучение вещественного состава осадочных пород, слагавших древние бассейны, помогает в реконструкциях происходивших ранее процессов [1, 2]. Для этого используют в том числе и характер распределения редкоземельных элементов (РЗЭ) [3–5]. Считают, что они мало изменяются при осадконакоплении. Сведений о содержаниях РЗЭ в мезозойских осадочных породах Нижнего Приамурья нет. Цель работы – в определенной мере изменить эту ситуацию. Для этого исследовано поведение РЗЭ в терригенных породах средне-позднеюрского и раннемелового возрастов в бассейнах рек Пильда и Лимури (левобережье р. Амур).

Материалы и методы исследования

Каменный материал отобран из коренных выходов по берегам водотоков и из полотна горных выработок. Содержания РЗЭ определялись в Хабаровском инновационно-аналитическом центре ИТиГ им. Ю.А. Косыгина ДВО РАН методом спектрального анализа в аргоновой плазме, на приборе ICP-MS Elan DRC II PerkinElmer (США). Разложение проб выполнено кислотно-микроволновым методом в автоматической системе пробоподготовки Multiwave 3000 (аналитики Д.В. Авдеев, В.Е. Зазулина). Чувствительность определений до 10-9 г/л. Обработка результатов анализов проводилась стандартными приемами, используемыми многими отечественными и зарубежными исследователями.

Результаты исследования и их обсуждение

Геологический очерк

Осадочные образования района принадлежат Бокторской и Горинской структурно-формационным подзонам (СФПЗ) Баджало-Горинской структурно-формационной зоны (СФЗ) Сихотэ-Алиньской складчатой системы (рис. 1).

Они представлены следующими стратонами: в Бокторской подзоне бокторской толщей (T2-J2bk), ульбинской (J2ul) и силинской (J3sl) свитами; в Горинской подзоне – лимурчанской толщей (J2-3lm), горинской (K1gr) и пионерской (K1pn) свитами [6]. Бокторская толща – кремнистые и кремнисто-глинистые породы, базальты, туфы основного состава. Ульбинскую свиту слагают алевролиты и аргиллиты с маломощными прослоями песчаников, базальтов и их туфов, кремнисто-глинистых и кремнистых пород. В составе силинской свиты преобладают песчаники. В ней содержатся также слои алевролитов, пачки переслаивания песчаников и алевролитов, прослои и линзы гравелитов, конгломератов и седиментационных брекчий. Лимурчанская толща алевролитовая, в ней есть линзы и прослои песчаников, основных туфов, базальтов, иногда кремнистых пород и мергелистых известняков. Нижнемеловые берриас-валанжинские отложения сугубо терригенные. Горинская свита преимущественно песчаниковая. В песчаниках содержатся прослои алевролитов, линзы гравелитов, конгломератов, седиментационных брекчий и пачки переслаивания алевролитов и песчаников. Пионерская свита сложена алевролитами со слоями песчаников, пачками ритмичного переслаивания алевролитов, песчаников и гравелитов.

Вещественный состав пород

Песчаники – это мелкозернистые, средне-мелкозернистые массивные темно-серые, серые породы, иногда с зеленоватым оттенком. Алевролиты – темно-серые до черных массивные и слоистые породы. Петрографические разновидности песчаников – полевошпатовые граувакки, редко граувакковые аркозы. Согласно химической классификации М.М. Хиррона (1988 г.) на основе содержаний породообразующих оксидов большинство песчаников относятся к ваккам (грауваккам), реже – к аркозам, алевролиты – к глинистым сланцам (рис. 2).

Рис. 1. Схема расположения структурно-формационных зон (СФЗ) и подзон (СФПЗ) Сихотэ-Алиньской складчатой системы по [6]

Рис. 2. Положение фигуративных точек средне-позднеюрских и раннемеловых пород на классификационной диаграмме. Песчаники свит: 1 – ульбинская, 2 – силинская, 3 – горинская + пионерская; алевролиты: 4 – ульбинская, 5 – силинская, 6 – лимурчанская, 7 – горинская

Химический состав песчаников ( %): SiO2 – 68–80, TiO2 – 0,3–0,7, Al2O3 – 11–16, Fe2O3 (общ.) – 1,8–3,5, MgO – 0,3–1,0, CaO – 0,2–1,3, Na2O – 2,7–4,1, К2О – 2,4–3,5. В алевролитах меньше SiO2 и Na2О, но больше других оксидов. Состав алевролитов: SiO2 – 64–66, TiO2 – 0,73–0,9, Al2O3 – 16–18, Fe2O3 (общ.) – 4,8–6,0, MgO – 0,8–2,1, СаО – 0,4–1–0, Na2O – 1,6–3,2, К2О – 3,5–4,4.

Суммы РЗЭ в песчаниках составляют (в г/т): ульбинская свита (115–126), силинская – (103–150), горинская и пионерская – (81–150); в алевролитах суммы РЗЭ выше: ульбинская свита – (117–222), силинская – (165–215), лимурчанская – (120–181), горинская и пионерская – (147–172). Это согласуется с мнением о том, что при уменьшении размеров зерен в терригенных породах увеличиваются содержания РЗЭ. Но в окварцованных алевролитах силинской свиты обнаружены наименьшие суммы РЗЭ (83–104), которые, однако, обусловлены низким содержанием РЗЭ в кварце, а не изменением зернистости (таблица).

В обоих литотипах более высокие содержания зафиксированы в породах Бокторской подзоны относительно более молодых меловых пород Горинской подзоны. В целом содержание РЗЭ в изученных породах меньше, чем в постархейском австралийском сланце (PAAS = 185 г/т) [7], но больше, чем в породах Кавказской складчатой системы (СС): пески – 80 г/т, глины – 128 г/т. Относительно алевропесчаников Русской платформы (140 г/т): в изученных алевролитах содержится больше РЗЭ, а в песчаниках – меньше (рис. 3).

Главная роль в содержании и характере распределения РЗЭ в терригенных породах принадлежит составу пород, слагающих размываемую территорию. Состав морской воды влияет на концентрацию РЗЭ в таких породах незначительно. Согласно [7] отношение суммы легких РЗЭ (ЛРЗЭ = La+…+Eu) к сумме тяжелых РЗЭ (ТРЗЭ = Gd+…+Lu) выше 8 соответствует кислому составу пород источников сноса. В исследованных песчаниках ЛРЗЭ/ТРЗЭ изменяется от 8,5 до 13,2, в алевролитах оно составляет 8,2–11,3. Поведение отношений нормированного лантана к нормированному иттербию (LaN/YbN) аналогично поведению ЛРЗЭ/ТРЗЭ. Значения LaN/YbN несколько выше ЛРЗЭ/ТРЗЭ: в песчаниках они колеблются от 9,4 до 16,1, в алевролитах – от 6,3 до 17,9 (рис. 3). Следовательно, в источнике сноса были развиты породы кислого состава.

Значения ЛРЗЭ/ТРЗЭ и LaN/YbN во всех изученных песчаниках и алевролитах выше средних значений в алевропесчаниках Русской платформы. Они значительно выше относительно таковых значений в соответствующих породах Кавказской СС. Это говорит о более кислом составе исследованных пород, что является их региональной особенностью. Поведение нормированных по хондриту РЗЭ демонстрирует рис. 4.

Средние содержания РЗЭ в мезозойских породах бассейнов рек Пильда и Лимури

Примечание. n – количество проб, СФПЗ – структурно-формационная подзона.

Рис. 3. Положение фигуративных точек средне-позднеюрских и раннемеловых песчаников (А) и алевролитов (Б) бассейнов рек Пильда и Лимури. Условные обозначения: 1–7 – на рис. 2, 8 – окварцованные алевролиты, 9 – пески Кавказской СС по Ю.А. Балашову (1976), 10 – алевропесчаники Русской платформы по А.А. Мигдисову и иным, (1994), 11 – глины Кавказской СС по Ю.А. Балашову (1976), 12 – РААS

Рис. 4. Графики распределения РЗЭ в песчаниках (А) и алевролитах (Б) бассейнов рек Пильда и Лимури. Условные обозначения приведены на рис. 2, 3

Указанные графики подобны графикам PAAS и пород Кавказской СС. Они однотипны у песчаников и алевролитов всех свит. Характерен отрицательный крутой наклон в области ЛРЗЭ и пологий – в области ТРЗЭ. Значения LaN/SmN отражают распределение ЛРЗЭ, составляют в изученных песчаниках 3,5–4,5, в алевролитах они немного ниже – 2,8–4,3. В этой области тренды более крутые по сравнению с трендами глин и песков Кавказской СС, имеющих меньшие значения LaN/SmN, и более пологие, чем у PAAS. Поведение РЗЭ в тяжелой части спектра характеризуется отношением гадолиния к иттербию. В изученных песчаниках GdN/YbN составляет 2,0–3,5, в алевролитах – 1,6–4,6. Сумма ТРЗЭ меньше по сравнению с эталонами, поэтому на графиках наблюдается более резкий отрицательный наклон. Европиевая аномалия Eu/Eu* = EuN/[(SmN)(GdN)]1/2 показывает степень обеднения (отрицательное отношение Eu/Eu* или меньше 1) либо обогащения (положительное отношение Eu/Eu* или больше 1) пород Eu. Она также служит показателем состава пород. Значительное обеднение присуще кислым породам, слабое – основным [7]. На графиках аномалия хорошо выражена «провалом». Значения Eu/Eu* испытывают колебания от 0,50 до 0,69 в песчаниках, от 0,48 до 0,62 в алевролитах и показывают сильное обеднение Eu. В более молодых меловых породах оно меньше, но для отдельных свит средние значения Eu/Eu* отличаются незначительно (таблица). Это может говорить о некотором постоянстве состава материнских пород в областях размыва. Значения ЛРЗЭ/ТРЗЭ, LaN/YbN, Eu/Eu* позволяют сделать вывод о том, что в областях сноса были развиты породы преимущественно кислого состава. Это согласуется с выводом, сделанным в [8]. По значениям цериевой аномалии (Ce/Ce*) оценивают удаленность бассейна осадконакопления от срединно-океанического хребта (СОХ) и, соответственно, обстановку седиментации [9]. Ce/Ce* ≈ 0,25–0,3 характеризует расстояние от СОХ в 300–400 км (близспрединговая). При Ce/Ce* ≈ 0,55–0,6 расстояние от СОХ варьируется от 400 до 2500–3000 км (обстановка глубоководных котловин), а Ce/Ce* ≈ 0,9–1,3 показывает удаление от СОХ более 3000 км (окраинно-континентальная обстановка). Разброс значений Ce/Ce* в изученных породах составляет 0,86–1,34, средние значения немного превышают 1. Они фиксируют наибольшее удаление от СОХ, что свидетельствует об окраинно-континентальных обстановках осадконакопления в прибрежном бассейне.

Заключение

Проведенные исследования позволили впервые получить данные о содержаниях РЗЭ в позднемезозойских породах бассейнов Пильда и Лимури. Анализ рассчитанных параметров констатирует значительное преобладание компонентов пород кислого состава в областях денудации. Осадки накапливались в прибрежном бассейне вблизи континента.

Работа выполнена при частичной поддержке гранта РФФИ № 19-05-00097.