В восточной части Центрально-Азиатского складчатого пояса одним из крупных континентальных массивов является Аргунский (Аргун-Идермегский) [Parfenov et al., 2003] (рис. 1, а). К настоящему времени на основании комплексных минералого-геохимических, изотопно-геохимических (Sm-Nd) и изотопных (U-Pb метод, LA-ICP-MS) исследований выявлены вероятные поставщики кластического материала и выполнена реконструкция палеогеодинамических условий накопления верхнепротерозойских и нижнепалеозойских отложений северо-западной части Аргунского массива [Smirnova, Dril, 2022; Smirnova et al., 2023, 2024a, 2024b]. В то же время остаются слабоизученными терригенные и терригенно-карбонатные породы ильдиканской, яковлевской и газимурозаводской свит ямкунской серии, представляющие средне- и позднепалеозойский этап развития массива.

Наши исследования направлены на анализ особенностей распределения породообразующих оксидов, редкоземельных, редких и рассеянных элементов в терригенных отложениях нижнесреднедевонской ильдиканской свиты и нижнекаменноугольной газимурозаводской свиты ямкунской серии с целью реконструкции природы и состава пород в области сноса, а также геодинамических обстановок их накопления. Образцы пород были отобраны из коренных обнажений, расположенных в бассейнах рек Газимур и Донинская Борзя (рис. 1, б, в).

По существующим представлениям в среднем и позднем палеозое в строении Аргунского массива в пределах Восточного Забайкалья выделяется следующая стратиграфическая последовательность (снизу вверх [State Geological Map…, 2010]): горнозерентуйская толща (Sgz) → макаровская толща (D1mk) → ильдиканская свита (D1-2il) → яковлевская свита (D2-3jak) → газимурозаводская свита (C1gz) (рис. 2).

Силурийская горнозерентуйская толща закартирована в тектонических блоках вблизи пос. Нерчинский Завод, в районе гор Благодатской и Трехсвятительcкой. В основании свиты отмечается присутствие конгломератобрекчий и конгломератов, вверх по разрезу сменяющихся переслаивающимися аргиллитами, алевролитами и песчаниками, туффитами с линзами и прослоями мергелей, гравелитов и ракушечников. Общая мощность толщи не превышает 60 м. Представления о ее возрасте основываются на находках брахиопод, которые соответствуют периоду времени от позднего лландовери до пржидоли [State Geological Map…, 2010].

Макаровская толща слагает тектонические блоки или ксенолиты среди гранитоидов ундинского комплекса и динамометаморфических пород агинско-борщовочного комплекса на правобережье р. Онон, от устья р. Макарова до верховьев р. Урульга, а также на правобережье р. Унда и в приустьевой части р. Нерча [Kurilenko et al., 1999; State Geological Map…, 2010, 2015]. Толща мощностью 1300–1600 м сложена в нижней части аргиллитами с прослоями кварцитовидных песчаников и конгломератов. Далее отмечается присутствие олистостромового горизонта, который вверх по разрезу наращивается пачкой переслаивания песчаников и аргиллитов. Завершает разрез макаровской толщи пачка сланцеватых углистых, кремнистых аргиллитов и алевролитов с линзовидными прослоями полимиктовых песчаников. Далее обнажаются известковистые алевролиты и аргиллиты с прослоями известняков. Возраст толщи определен по остаткам криноидей как пржидольско-лохковский [Kurilenko et al., 2002]. Контакты макаровской толщи с более древними породами тектонические.

Отложения нижнесреднедевонской ильдиканской свиты встречаются в мелких тектонических блоках в бассейне р. Газимур и вблизи пос. Нерчинский Завод, а также в бассейнах рек Унда, Урулюнгуй и Донинская Борзя. Низы ильдиканской свиты не известны, и взаимоотношения с нижележащими породами не установлены. Свита представлена известковистыми доломитами, известняками, мергелями, кремнистыми породами и аргиллитами общей мощностью 850–1000 м [State Geological Map…, 2010]. Возраст свиты принят пражско-эйфельским на основании определения органических остатков криноидей, брахиопод, трилобитов и кораллов [Kurilenko, 2001].

Отложения яковлевской свиты прослеживаются в бассейне р. Газимур по ее притокам Мистурная, Ильдикан, Котиха, Большая и Средняя Кулинда, а также по рекам Донинская Борзя и Онон. Общая мощность яковлевской свиты достигает 1700 м [State Geological Map…, 2010; Kurilenko, 2000]. В составе свиты наблюдаются кремнистые аргиллиты, алевролиты, реже – аркозовые, полимиктовые и известковистые песчаники, гравелиты, известняки. Породы яковлевской свиты согласно залегают на ильдиканской свите и перекрываются газимурозаводской свитой. Стратон охарактеризован тремя разновозрастными комплексами фауны – живетским, раннефранским и позднефаменским [Kurilenko, 2000].

Газимурозаводская свита выделена в небольших разрозненных выходах в бассейне среднего течения р. Газимур, по р. Котиха, а также на левобережье р. Онон, в бассейне р. Унда и в районе Ононского хребта. Непосредственно на контакте с песчаниками нижележащей яковлевской свиты согласно залегают известняки газимурозаводской свиты. Далее вверх по разрезу закартирован слой гравелитов, который сменяется песчаниками с горизонтом туффитов и пачкой переслаивания песчаников, алевролитов и аргиллитов с прослоями известняков [State Geological Map…, 2001]. Общая мощность разреза составляет 240 м. Возраст свиты принят турне-ранневизейским на основании находок брахиопод, мшанок и криноидей [Kurilenko et al., 2002].

Объектом исследований являлись терригенные отложения ильдиканской и газимурозаводской свит ямкунской серии Аргунского континентального массива. Образцы пород ильдиканской свиты были отобраны из коренного обнажения, расположенного в бассейне р. Донинская Борзя (обр. Ю-189…Ю-189-4: 50°57'40.5" с.ш., 118°41'57.3" в.д. (рис. 3, а). Песчаники и алевролиты газимурозаводской свиты отобраны в междуречье Ильдикан – Кулинда (обр. Ю-182…Ю-182-4: 51°30'54.9" с.ш., 118°20'27.7" в.д. (рис. 3, б); обр. Ю-184–Ю-184-3: 51°30'27.4" с.ш., 118°20'11.5" в.д. (рис. 3, в); обр. Ю-183…Ю-183-4: 51°30'56.1" с.ш., 118°21'42.0" в.д. (рис. 3, г).

Петрографическое описание образцов с указанием координат мест их отбора приведено в Прил. 1, табл. 1.1. Фотографии шлифов представлены на рис. 4.

Минералого-петрографические исследования пород были выполнены с помощью поляризационного микроскопа Axio Scope A1, оснащенного цифровой камерой Axio CAM 1 CC3.

Содержания породообразующих компонентов в породах определены в 19 образцах рентгенофлуоресцентным методом в ЦКП «Амурский центр минералого-геохимических исследований» ИГиП ДВО РАН (г. Благовещенск) на рентгеновском спектрометре Lab Center XRF-180. Подробно методика проведения рентгенофлуоресцентного анализа приведена в статье [Segrenev, Prots, 2024].

Концентрации микроэлементов в терригенных отложениях определены в 14 образцах в ЦКП Дальневосточного геологического института ДВО РАН (г. Владивосток) методом ICP-MS. В рамках исследований для разложения образцов и перевода их в раствор был применен метод, основанный на сплавлении исследуемой пробы с метаборатом лития [Nikolaeva et al., 2008, 2012; Thompson, Walsh, 1988; Jain et al., 2001]. Для оценки точности результатов исследований с каждой партии образцов анализировался состав стандартных образцов G-2, GM (граниты) Геологической службы США и ГСО № 3333-85 (СГ-3), Россия.

Для переведения анализируемого образца в раствор измельченную до 200 меш пробу массой 50 мг смешивали с метаборатом лития в соотношении 1:3 в платиновом тигле, помещали в холодную муфельную печь и нагревали до 1050 °С. Сплавление при этой температуре вели в течение 15 мин. Полученные сплавы растворяли в пятипроцентной HNO3. Растворы упаривали с добавлением плавиковой кислоты для удаления избытка кремния и бора до влажных солей. Осадки обрабатывали 20%-ной HNO3 с добавлением следов HF для предотвращения возможного гидролиза и полимеризации высокозарядных ионов элементов Zr, Nb, Hf, Ta, а также Mo и W. После этого растворы переносили в мерные полипропиленовые колбы вместимостью 50 см³ и доводили их до метки деионизированной водой.

Для измерения проводили дополнительное разбавление растворов образцов в пять раз четырехпроцентной HNO3 в полипропиленовых пробирках для снижения солевого фона. Во все растворы предварительно перед анализом добавляли внутренний стандарт In при конечной концентрации в растворе 10 мкг/дм³. Фактор разбавления составил 5000, поскольку при использовании методов плазменной спектрометрии следует избегать анализа высокоминерализованных растворов. Анализ полученных растворов на широкий спектр элементов был выполнен на квадрупольном масс-спектрометре с индуктивно связанной плазмой Agilent 7500c (Япония). Настройку прибора проводили по специальному раствору, содержащему 10 мкг/дм³ лития, кобальта, иттрия, церия и таллия (Agilent Technologies, США), таким образом, чтобы достичь максимальной чувствительности при минимальном значении уровня образования ионов оксидов и двузарядных ионов. Использовали Мulti-element Calibration Standard 1 (№ 8500-6944): Ce, Dy, Er, Eu, Gd, Ho, La, Lu, Nd, Pr, Sc, Sm, Tb, Th, Tm, Y, Yb; Мulti-element Calibration Standard 2A (№ 8500-6940): Ba, Be, Cd, Co, Cr, Cs, Cu, Ga, Li, Ni, Pb, Rb, Sr, U, V, Zn; Мulti-element Calibration Standard 3 (№ 8500-6948): Hf и Мulti-element Calibration Standard 4 (№ 8500-6942): Mo, Nb, Ta, W, Zr (Agilent Technologies, США). Относительная погрешность определения содержаний петрогенных и малых элементов составила 3–10 %.

Вариации породообразующих компонентов в терригенных отложениях ямкунской серии приведены на рис. 5 и в Прил. 1, табл. 1.2. В алевролитах ильдиканской свиты отмечаются следующие петрогенные компоненты: SiO2 (59.59–70.29 мас. %), Al2O3 (15.20–19.49 мас. %), Fe2O3* (3.92–8.63 мас. %), TiO2 (0.82–1.06 мас. %), MgO (0.84–1.23 мас. %), CaO (0.11–0.25 мас. %), K2O (3.50–5.03 мас. %) и Na2O (0.19–0.34 мас. %). Для всех образцов характерно преобладание K2O над Na2O (K2O/Na2O=10.79–19.35).

В песчаниках и алевролитах газимурозаводской свиты отмечаются более значительные изменения содержаний SiO2 (64.99–79.71 мас. %), Fe2O3* (1.83–6.65 мас. %), MgO (0.26–1.81 мас. %), CaO (0.20–2.48 мас. %) и Na2O (0.14–4.89 мас. %), при этом уменьшаются концентрации TiO2 (0.32–0.75 мас. %), Al2O3 (10.16–17.37 мас. %), и K2O (1.75–3.83 мас. %). Отмечается отличие терригенных отложений газимурозаводской свиты от алевролитов ильдиканской свиты – присутствие среди них образцов, в которых преобладает Na2O над K2O, а соотношение K2O/Na2O изменяется в более широких пределах (0.55–15.00). Такие вариации значений величины K2O/Na2O позволяют предполагать, что в области сноса присутствовали различные по кремнекислотности породы.

На классификационной диаграмме L – Q – F [Kossovskaya, Tuchkova, 1988] точки состава алевролитов ильдиканской свиты расположены в полях олигомиктовых и полимиктовых отложений, тогда как песчаники и алевролиты газимурозаводской свиты локализуются в полях олигомиктовых и кварцевых пород (рис. 6, а).

По соотношениям породообразующих компонентов, лежащих в основе диаграммы Na2O – (Fe2O3*+MgO) – K2O [Blatt et al., 1972], алевролиты ильдиканской свиты соответствуют отложениям аркозового состава и лититам, а песчаники и алевролиты газимурозаводской свиты соответствуют лититам, грауваккам и аркозам (рис. 6, б).

Особенности распределения редкоземельных элементов в терригенных отложениях ямкунской серии существенно не различаются (Прил. 1, табл. 1.3; рис. 7). Содержание лантаноидов в алевролитах ильдиканской свиты изменяется от 123 до 331 г/т, в песчаниках и алевролитах газимурозаводской свиты варьируется в более узких пределах: от 166 до 239 г/т. Для них типичен пологий характер распределения редкоземельных элементов ([La/Yb]n=4.90–13.15). Значения параметра Gdn/Ybn в алевролитах ильдиканской свиты (Gdn/Ybn=1.04–2.33) сопоставимы с таковыми в терригенных отложениях газимурозаводской свиты (Gdn/Ybn=1.40–2.75). Рассматриваемые отложения характеризуются отчетливо проявленной отрицательной европиевой аномалией (Eu/Eu*=0.48–0.77).

По содержанию редкоземельных элементов большинство изученных образцов терригенных пород ильдиканской и газимурозаводской свит характеризуются незначительным обогащением лантаноидами по сравнению с таковыми в верхней континентальной коре, при этом спектры распределения редкоземельных элементов в них близки.

На спектрах распределения элементов-примесей отметим, что в алевролитах ильдиканской свиты содержание от 100 до 1000 г/т характерно для Zr, Rb, Ba, Cr, V (рис. 8, а). В трех образцах из пяти концентрации Sr выше 100 г/т. В диапазоне значений от 10 до 100 г/т находятся содержания Nb, Pb, Th, La, Sc и Се. Концентрации Се лишь в одном образце выше 100 г/т. Содержание менее 10 г/т характерно только для U.

Спектры содержаний микроэлементов в песчаниках и алевролитах газимурозаводской свиты сопоставимы (рис. 8, б, в). Концентрации Zr, Sr, Ba, Cr во всех образцах превышают 100 г/т. В проанализированных образцах содержание Nb, Pb, Rb, La, Y, V изменяется в пределах от 10 до 100 г/т. Концентрации Ce в нескольких образцах выше, а в ряде – ниже 100 г/т. Содержания Th, Sc, Ni характеризуются вариативностью, и для них типичны как несколько выше, так и несколько ниже 10 г/т. Лишь содержание U во всех изученных терригенных породах газимурозаводской свиты ниже 10 г/т. В отложениях газимурозаводской свиты происходит уменьшение содержаний Nb, Rb, Sc, Ni, V при незначительном увеличении концентраций Sr и Cr.

В терригенных породах ильдиканской и газимурозаводской свит отмечаются близкоровые содержания для большинства элементов-примесей за исключением незначительного дефицита Nb, Sr и обогащения в отношении Cr и V (рис. 8).

Геохимический состав терригенных пород несет в себе важную информацию о природе и составе исходного материала питающих провинций. Для этой цели разработана серия диаграмм, в основе которых лежит анализ концентраций и соотношений породообразующих компонентов и микроэлементов.

По значениям Zr/Sc и Th/Sc алевролиты ильдиканской и газимурозаводской свит соответствуют породам первого цикла, тогда как песчаники газимурозаводской свиты расположены вблизи тренда рециклинга (рис. 9, а).

На диаграмме Hf – La/Th [Floyd, Leveridge, 1987] фигуративные точки состава изученных отложений тяготеют к полю пород, источниками которых послужили кислые вулканические породы (рис. 9, б). Аналогичный вывод следует из анализа диаграммы Th – La – Sc [Bhatia, Crook, 1986] (рис. 9, в).

При определении состава источников сноса материала с помощью диаграммы F3 – F4 [Bhatia, 1983] выявлено, что породы ильдиканской и газимурозаводской свит образовались за счет материала из разных источников кислого и среднего состава (рис. 9, г).

На диаграмме Cr/Th – Th/Sc [Bracciali et al., 2007; Totten et al., 2000] точки состава алевролитов ильдиканской свиты расположены в области составов с содержанием основного компонента не более 30 % (рис. 9, д). При этом образцы алевролитов и песчаников характеризуются значительными вариациями соотношения Cr/Th и повышенными значениями Th/Sc, что свидетельствует о формировании их при размыве преимущественно кислых и средних образований.

Сравнение микроэлементного состава, а именно значений величин Eu/Eu*, [La/Yb]n, [Gd/Yb]n, Th/Cr, Cr/Zr, V/Ni, в породах ильдиканской и газимурозаводской свит с геохимическими «эталонами» (фанерозойскими гранитами, палеозойскими андезитами, базальтами и коматиитами, предложенными в работе [Condie, 1993]) свидетельствует о присутствии в области сноса различных по кремнекислотности образований (рис. 10).

Исходя из накопленных геологических данных [State Geological Map…, 2010, 2015] основными поставщиками кластического материала для терригенных отложений ямкунской серии, по-видимому, являлись палеозойские и неопротерозойские кислые и средние магматические породы, а также метаморфические образования Аргунского континентального массива [Feng et al., 2018, 2022; Ge et al., 2015; Golubev et al., 2010; Gou et al., 2013, 2020; Li et al., 2018; Liu et al., 2017; Liu et al., 2020; Sorokin et al., 2002, 2004, 2009; State Geological Map…, 2010; Tang et al., 2013; Wu et al., 2011; Wu et al., 2012; Yang et al., 2017] при участии раннедокембрийских гнейсов, выявленных на территории Китая в пределах Аргунского массива [Hou et al., 2019; Feng et al., 2022; Shao et al., 2015]. Данный вывод согласуется с положением фигуративных точек состава терригенных отложений ильдиканской и газимурозаводской свит вблизи точек состава неопротерозойских и палеозойских массивов гранитов, гранодиоритов, диоритов и кислых вулканических пород [Golubev et al., 2010; Gou et al., 2013; Feng et al., 2018, 2022; Li et al., 2018; Liu et al., 2020; Sorokin et al., 2004; Tang et al., 2013; Wu et al., 2012], а также палеопротерозойских ортогнейсов массива Синхуадукоу (Xinhuadukou) [Hou et al., 2019] (рис. 11).

Для реконструкции палеогеодинамических обстановок накопления терригенных отложений ямкунской серии применялись широко известные диаграммы.

На диаграмме SiO2 – K2O/Na2O, предложенной в работе [Roser, Korsch, 1986], фигуративные точки состава алевролитов ильдиканской свиты локализуются в поле пород пассивной континентальной окраины, в то время как точки состава терригенных отложений газимурозаводской свиты сосредоточены в полях активной и пассивной континентальной окраины (рис. 12, а). Значительные вариации K2O/Na2O в осадочных породах газимурозаводской свиты, вероятно, связаны с наибольшим содержанием слюдистого материала и калиевых полевых шпатов среди обломочного материала в ряде песчаников (обр. Ю-183…Ю-183-4), что ранее было отмечено в Прил. 1, табл. 1.1 и в Разделе 4.

Такая же тенденция отмечается на факторной диаграмме F1 – F2 (рис. 12, б), где большинство точек состава терригенных отложений газимурозаводской свиты расположено в поле состава пород континентальной островной дуги. При этом часть образцов песчаников газимурозаводской свиты локализуются в поле песчаников пассивной континентальной окраины. В свою очередь, фигуративные точки состава алевролитов ильдиканской свиты на рассматриваемой диаграмме расположены вдоль линии, разделяющей породы, накопление которых происходило в обстановках пассивной и активной континентальных окраин (рис. 12, б).

На диаграмме Sc – Th – Zr/10 (рис. 12, в) фигуративные точки состава алевролитов ильдиканской свиты локализуются компактно в поле континентальной островной дуги, тогда как точки состава песчаников и алевролитов газимурозаводской свиты расположены на границе полей пород, накопление которых связано с обстановками, сопряженными с пассивной континентальной окраиной и континентальной островной дугой.

На диаграмме (K2O+Na2O) – SiO2/20 – (TiO2+FeO+MgO) [Kroonenberg, 1994] составы терригенных пород газимурозаводской свиты из-за значительных вариаций величин (K2O+Na2O) и (TiO2+FeO+MgO) близки осадкам пассивной и активной континентальных окраин. В то же время образцы ильдиканской свиты по своему геохимическому составу отвечают отложениям пассивной континентальной окраины и островных дуг (рис. 12, г).

Приведенные выше данные, основанные на анализе геохимических особенностей пород ильдиканской свиты ямкунской серии, в совокупности с результатами U-Pb датирования зерен циркона из образца алевролита (неопубликованные данные авторов), согласно которым самая молодая группа циркона характеризуется раннеордовикским возрастом (473±8 млн лет) и при этом отсутствуют девонские и силурийские зерна циркона, позволяют нам сделать предварительные выводы о том, что их накопление происходило в обстановке пассивной континентальной окраины.

Примерно на границу среднего и позднего девона приходится смена геодинамической обстановки накопления осадочных пород Аргунского массива, что отмечается формированием позднедевонских массивов гранитоидов в его структуре [Sorokin et al., 2004]. Эти данные, а также присутствие среди терригенных отложений газимурозаводской свиты горизонтов туффитов и положение большинства фигуративных точек состава песчаников и алевролитов рассматриваемой свиты в полях островных дуг и активной континентальной окраины свидетельствуют о формировании их в обстановке, связанной с субдукционными процессами.

Терригенные отложения ямкунской серии по содержанию породообразующих компонентов соответствуют аркозам, литоидным аренитам и грауваккам. Присутствие среди отложений ильдиканской и газимурозаводской свит пород различных литотипов свидетельствует об участии в осадконакоплении образований, различных по кремнекислотности.

Изученные породы по геохимическому составу являются незрелыми, т.е. соответствуют отложениям первого цикла седиментации. Данный вывод согласуется с присутствием в составе образцов среди обломков плагиоклазов и фемических минералов.

Особенности распределения породообразующих оксидов и редких элементов в терригенных породах ильдиканской и газимурозаводской свит позволяют предполагать, что их накопление происходило в результате размыва магматических образований преимущественно кислого и среднего состава при возможном вкладе основного компонента. Основными поставщиками кластического материала, согласно накопленным геологическим, геохимическим и геохронологическим (U-Pb) данным, можно рассматривать палеозойские и неопротерозойские кислые и средние магматические породы, а также палеопротерозойские метаморфические образования Аргунского континентального массива.

Анализ геохимического состава терригенных пород ямкунской серии в совокупности с накопленными геологическими данными свидетельствует о том, что формирование осадочных пород Аргунского массива происходило в обстановке пассивной континентальной окраины до эйфельского века девонского периода. Смена геодинамической обстановки накопления отложений рассматриваемого массива приходится, вероятно, на живет-франские века, и накопление терригенных отложений газимурозаводской свиты происходило в обстановке активной континентальной окраины или островной дуги.

Авторы благодарят сотрудников ЦКП «Амурский центр минералого-геохимических исследований» Института геологии и природопользования ДВО РАН, (г. Благовещенск), А.С. Сегренёва, Е.В. Ушакову и лаборатории аналитической химии ЦКП Дальневосточного геологического института ДВО РАН (г. Владивосток), Н.В. Зарубину, Д.С. Остапенко.

Авторы внесли эквивалентный вклад в подготовку рукописи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией.

Both authors made an equivalent contribution to this article, read and approved the final manuscript.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, связанного с этой рукописью.

The authors declare that they have no conflicts of interest relevant to this manuscript.