Геология и геохимия девонских вулканогенных отложений верховьев рек малый Таштып и Балыксу

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО

_ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА____

Том 165 , 1969

ГЕОЛОГИЯ И ГЕОХИМИЯ ДЕВОНСКИХ ВУЛКАНОГЕННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ВЕРХОВЬЕВ РЕК МАЛЫЙ ТАШТЫП И БАЛЫКСУ

В. И. ГЕРЯ

Среднепалеозойские вулканогенные отложения юго-западной припортовой части Минусинского межгорного прогиба образуют в бассейне рек Таштып, Балыксу заметно обособленную структуру меридионального простирания, отделенную от сложнодислоцированных терри-генно-карбонатных толщ верхнего протерозоя — нижнего кембрия — региональными разломами длительного развития (7). Этот блок, известный под наименованием Балыксинского грабен-синклинала (7), Балыксинской впадины (4), Балыксинской промежуточной зоны Южно-Минусинского внутригеосинклинального прогиба (6), является одним из довольно самостоятельных элементов обрамления Минусинской впадины.

Изучение структуры эффузивной толщи верховьев рек Балыксу, Таштып, проведенное автором в последнее время, позволило уточнить внутреннее строение Балыксинского блока, представляющего собой антиклинальное сооружение меридионального простирания, сопрягающееся через промежуточные складки с более спокойно залегающими девонскими отложениями Минусинской впадины.

Отсутствие органических остатков, весьма разнообразный вещественный состав, сложное тектоническое строение и мощности, достигающие местами 2500—3000 м, затрудняют стратификацию этих образований. Тем не менее, в результате исследований последних .лет, касающихся как собственно Минусинской впадины, так и западного ее обрамления, освещенных в печати [1, 4, 5] и известных по работам Ю. В. Макарова, И. К. Кокодзеева и др., появилась возможность более уверенно сопоставлять вулканогенные отложения этого участка с комплексом синхронных осадков впадины. В частности, непосредственно южнее района, в средней части девонской эффузивной толщи Ю. В. Макаров выделяет имек£кую свиту, сложенную красноцветными, зелено-серыми песчаниками, алевролитами, гравелитами, черными известняками и мергелями. Отложения, объединяемые , в упомянутую свиту, могут быть предварительно сопоставлены с верхней частью ка-менской свиты, выделяемой в пределах описываемого района (см. ниже), в составе которой, наряду с эффузивами, существенную роль играют псаммито-псефитовые осадки, содержащие изредка тонкие слои глинистых известняков.

Сопоставление отдельных разрезов, петрографические и геохимические особенности, изменение вещественного состава образований по

мощности эффузивной толщи позволяют выделить два крупных этапа (мегацикла) в истории вулканической деятельности, из которых более древний охватывает период накопления отложений, выделенных ойской и каменской свит, относящихся, по-видимому, к кобленцкому ярусу. Во второй этап, вероятно, отвечающий эйфельскому веку (или его первой половине), накапливалась мощная толща вулканогенных пород тар-ланской свиты. Начальная стадия каждого этапа, в общем, характеризуется излияниями продуктов относительно слабо дифференцированной базальтовой магмы. В среднюю и конечную стадию мегациклов вулканизма, в связи с более глубокой дифференциацией магмы, отлагались довольно разнообразные по составу покровы эффузивов с заметной примесью слоев пирокластического материала.

Во второй половине раннего и позднего этапов эффузивной деятельности намечаются отдельные циклы извержений, большинство из которых начинается излияниями продуктов основного состава, сменяющимися позже накоплением эффузивов несколько меньшей основности, и нередко завершается образованием кислых дифференциатов основной магмы. Вулканогенная толща формировалась в континентальных условиях, при этом отложение грубообломочных осадков с прослоями алевролитов, туфов и изредка известняков происходило в период максимального опускания суши. Наиболее благоприятными в этом отношении являлись периоды на границе отдельных циклов или паузы в вулканической активности.

Цикличность строения вулканогенной толщи подтверждается характером изменения концентрации отдельных элементов, содержание которых тесно связано с составом породы.

В принятой схеме расчленения стратиграфические границы выделенных (снизу вверх) ойской, каменской и тарланской свит совпадают с границами наиболее крупных циклов эффузивного магматизма.

Ограниченное число химических анализов эффузивных пород южной части района, известных по работам Г. В. Полякова и А. Е. Теле-шева, Ю. В. Макарова и автора, и отсутствие их точной стратиграфической привязки позволяют сделать выводы лишь о петрохимии всего комплекса в целом, который, судя по имеющимся анализам, принадлежит к ряду, промежуточному имежду щелочными и щелочноземельными магматическими ассоциациями с заметной пантелеритовой тенденцией в вариации параметра а. -Этот комплекс приближается к тра-хиандезитовой группе формаций Ю. А. Кузнецова [3], к которой относится девонская вулканогенная серия Минусинского межгорного прогиба [5], особенно ее ассоциация, близкая к трахиандезитовой. В отличие от последней, наиболее основные породы описываемого комплекса имеют заметно меньшую щелочность, возрастающую с увеличением s. Наоборот, эффузивы среднего состава, представленные группой трахиандезитов, отличаются высоким значением а/с, которое в кислых дифференциатах снова несколько снижается в сравнении с аналогичными образованиями серии Минусинского межгорного прогиба.

Ойская свита

Основание вулканогенной толщи обнажается на юге района, на правом склоне долины реки Оя, где на размытой поверхности песчано-сланцевых отложений нижнего кембрия с резким угловым и азимутальным несогласием залегают красноцветные песчаники, перекрытые серией эффузивных образований основного состава.

Нижняя подсвита представлена пачкой упомянутых красно-цветных песчаников, слагающих уплощенное ядро Ойской антиклина-

ли. Основание пачки мощностью 25—30 м сложено гравелито-песчани-ками с маломощным слоем базальных конгломератов с плоской, хорошо окатанной галькой подстилающих сланцев, известняков, кварцитов, реже красноцветных песчаников, алевролитбв. Выше согласно залегает монотонная пачка буро-лиловых слоистых цолим-иктовых песчаников с прослоями алевролитов и гравелитов. В верхней части эта пачка содержит прослое мелкогалечных конгломератов с галькой плагиогра-нитов, кислых эффузивов и красноцветных песчаников.

Мощность подсвиты достигает 180—200 м. Подсвита может быт1* сопоставлена с нижней терригенной пачкой чиланской вулканогенной серии А. И. Анатольевой [1] и низами чиланской свиты Н. А. Белякова и В. С. Мелещенко [5].

Верхняя подсвита, объединяющая вулканогенные отложения начального периода раннего мегацикла магматизма, занимает главным образом осевые части Балыксинской и Ойской антиклиналей и представлена монотонной толщей эффузивов основного состава, среди которых в районе р. Оя основную роль играют покровы бурых оливино-вых базальтов, порфиритов и их лавобрекчий. Типично почти полное отсутствие миндалин в породах. В бассейне рек Таштып, Балыксу подсвита сложена преимущественно покровами диабазовых порфиритов, редко оливиновых бальзатов. В верхней части подсвиты иногда отмечаются покровы лиловых андезин-лабрадоровых и лабрадоровых порфиритов. В кровле толщи иногда наблюдаются локальные покровы ортофиров и плагиопорфиров. Кластические породы для подсвиты не типичны. Мощность подсвиты западнее Хайлеола, по-видимому, превышает 700—900 м; в низовьях р. Оя полная ее мощность снижается до 350 м.

Каменская свита

Отложения свиты, слагающие приядерные части Балыксинской и Ойской антиклиналей, сформировались в среднюю и конечную стадию раннего этапа эффузивной деятельности. Кроме магматических продуктов, в составе свиты существенную роль играют терригенные, преимущественно континентальные осадки, тяготеющие к средней и верхней части разреза толщи.

Особенностью вещественного состава свиты является заметное развитие в ее составе лилово-бурых лабрадоровых порфиритов и их лавобрекчий и кислых эффузивов. Последние в районе устья р. Дрес-вянка составляют (Несколько более 20% мощности разреза. Не менее типично присутствие покровов темно-серых плотных оливиновых диабазов (долеритов) с характерной микродолеритовой структурой. Несколько менее распространены диабазы, диабазовые порфириты и разности эффузивов промежуточного к среднему состава. Из кислых диф-ференциатов базальтовой магмы отмечаются фельзиты, ортофиры, пла-гиопорфиры, трахиандезиты, слагающие покровы в кровле отдельных вулканогенных пачек, в основании которых обычно находятся покровы лабрадоровых порфиритов. Слои конгломератов, залегающие в средней части свиты, содержат многочисленную гальку гранитоидов разнообразных эффузивных пород кислого состава, подобных эффузивам Тейского района [8], эффузивов основного состава, песчаников, алевролитов. Севернее пос. Хайлеол в гальке сланцев из конгломератов Ю. В. Индукаевым обнаружены остатки брахиопод рода Cyrtospirifer, здесь же в верхах подсвиты присутствуют небольшие прослои серых известняков. Со слов Ю. В. Индукаева, по предварительным данным, возраст фауны оценивается в пределах от низов верхнего до низов среднего девона.

Мощность свиты изменяется от 1300 м на юге района до 300— 400 м севернее Хайлеола.

Верхняя часть свиты может быть сопоставлена с имекской свитой, выделенной Ю. В. Макаровым в средней части девонской вулканогенной толщи непосредственно южнее района. В этой связи необходимо учитывать выводы А. И. Анатольевой [1] о вероятном раннесреднеде-вонском возрасте имекской свиты.

Определение абсолютного возраста фельзитов кровли свиты дало 392 млн. лет (валовая проба, определение В. М. Кисенко, ЦЛ ЗСГУ), что, по-видимому, свидетельствует о значительной потере аргона ка-лишпатом породы.

Тарланская свита

Вулканогенные отложения позднего мегацикла магматизма, выделенные в тарланскую свиту, располагаются на крыльях Балыксинской и Риской антиклиналей й в ядре Татыхской синклинальной структуры. Необходимо подчеркнуть резко преобладающие лиловые и лилово-бурые тона окраски как эффузивных, так и терригенно-карбонатных пород свиты и чрезвычайно широкое развитие миндалевидных разностей эффузивов.

Нижняя подсвита объединяет отложения первой половины позднего мегацикла вулканизма, представленные мощной толщей относительно слабо дифференцированных эффузивов основного состава, с отдельными пластами и линзами терригенных осадков. Эффузивные породы представлены многочисленными покровами миндалевидных лилово-бурых и темно-лиловых, чаще афанитовых или очень мелкокристаллических оливиновых базальтов, порфиритов, лабрадоровых и ан-дезин-лабрадоровых порфиритов и их лавобрекчий, реже, сливиновых диабазов, плагиоклазовых порфиритов близкого к среднему состава, а также плагиопорфиров, приуроченных к кровле подсвиты. Линзы конгломератов основания подсвиты, перекрытые устойчивыми пачками песчаников, туфопесчаников, алевролитов, содержат средне и плохо окатанную гальку подстилающих пород, главным образом, фельзитов каменской свиты. Мощность подсвиты, достигающая у устья р. Дрес-вянка 825 м, на юге района уменьшается до 300 м.

Верхняя подсвита. В пределах района разрез вулканогенных отложений завершается серией покровов эффузивов, переслаивающихся с довольно мощными пачками терригенных пород. В составе эффузивов преобладают лилово-бурые лавы, лавобрекчии основного состава с подчиненным развитием оливиновых диабазов, андезин-лаб-радоровых и андезиновых порфиритов. Диабазы, лабрадоровые пор-фириты, а также кислые разновидности эффузивов для подсвиты малохарактерны. На' севере района, где осадочные породы составляют около 40% мощности подсвиты, вскрытая ее часть сложена тремя ритмичными пачками, в основании которых залегают краоноцветные поли-миктовые псамито-алевритовые породы. Средняя часть . пачек представлена покровами различной мощности эффузивов основного состава, а кровля — маломощными покровами лилово-серых андезиновых порфиритов или плагиопорфиров. Мощность подсвиты в бассейне р. Оя достигает 800—1000 м и снижается на севере района до 450—550 м.

Отложения свиты могут рассматриваться, учитывая сопоставление части каменской свиты с имекской свитой Ю. В. Макарова, как эффузивная фация толочковской свиты Н. А. Белякова и В. С. Меле-щенко [5].

Геохимические особенности девонских эффузивов

*

Спектральными анализами, выполненными И. Г. Коряковой и И. И, Ерофеевым (ЦГФЭ КГУ), во всех пробах вулканогенных пород (90 проб) установлены Са, Мд, Си, 2п, Со, N1, Сг, Мп, Л, V, в большинстве проб, кроме того, присутствуют Ъх, РЬ, В, Са, значительно реже Бг, Мо.

Анализ вариаций содержаний отдельных компонентов позволяет установить связь их концентрации с вещественным составом пробы, в частности, элементы первой группы обнаруживают отчетливую положительную корреляцию с основностью породы. Характер вертикального распределения ряда элементов указывает на цикличность в колебаниях их содержаний по разрезу, что, в свою очередь, подтверждает определенную закономерность изменения состава продуктов эффузивной деятельности во времени.

По диапазону вариаций концентраций и степени связи компонента с составом породы можно наметить несколько групп элементов, из которых пара Са, Л^ выделяется максимальными, за исключением Ъх\, пределами изменения содержаний (ОД—10,0% для Са и 0,02—5,0 для Mg соответственно в кислых и основных разновидностях эффузивов). Таким образом, количество этих породообразующих элементов, тесно связанных с составом породы, значительно дифференцировано и достаточно убедительно отражает закономерности изменения продуктов извержений во времени. К этой группе близок заметно коррелирующийся с кальцием цинк, отличающийся наиболее широким диапазоном колебаний концентрации (в среднем от 0,02 до 0,2%), которая также определенно зависит от состава пробы.

Поведение второй группы элементов — N1, Сг, Со — в значительной мере обусловлено составом вмещающей породы, однако изменение их содержания ограничено более узкими пределами: менее 0,001—-0,02% для N1, 0,001—0,05% для Со и следы —0,02% для Сг. Тесная взаимная связь этих компонентов указывает на известную общность их геохимической истории.

Т¡, Мп, V отличаются сравнительно стабильным распределением'; лишь в фельзитах, ортофирах и плагиопорфирах их содержание заметно уменьшается, а 'некоторое увеличение Т\ отмечается лишь в отдельных пробах лабрадоровых порфиритов.

Медь, несмотря на известное некоторое повышение ее количества с ростом основности породы (2), не обнаруживает определенной связи с составом эффузивов. Отдельные локальные максимумы Си, как и 2п, связаны, возможно, с постмагматической и полиметаллической минерализацией, чрезвычайно типичной для данных образований.

Приведенная геохимическая колонка, к сожалению, охватывает лишь большую среднюю часть разреза вулканогенной толщи, поэтому наиболее общие геохимические особенности начальных и конечных этапов среднепалеозрйского эффузивного магматизма района описаны по данным ограниченного числа проб, отобранных по другим разрезам, скоррелированным с данным. Распределение упомянутых элементов в эффузивах -ойской свиты в бассейне р. Оя на юго-востоке района несколько напоминает таковое в породах нижней подсвиты тарланской свиты, что находится в соответствии с определенной близостью общего состава комплекса этих отложений, представленных продуктами начальных периодов раннего и позднего мегациклов магматизма. Можно отметить лишь незначительное общее уменьшение содержаний Mg, №, Со, Сг в породах первой половины позднего мегацикла в сравнении с соответствующим комплексом раннего этапа.

2. Заказ 5375. 17

Относительно слабая дифференциация магмы на ранних периодах каждого этапа эффузивной деятельности подтверждается небольшими пределами колебаний содержаний элементов в породах нижней подсвиты тарланской свиты, особенно Т1, V, отчасти Сг, N1, Со, Резко дифференцированное распределение компонентов с многочисленными экстремальными величинами их концентрации в комплексе отложений поздних периодов мегациклов хорошо иллюстрируется характером геохимической колонки каменской свиты и верхней подсвиты тарланской свиты, в составе которых присутствуют как кислые, так и наиболее основные разновидности эффузивов.

В разрезе каменской свиты выделяются интервалы, сложенные эффузивными продуктами трех самостоятельных циклов извержений. Нижняя часть этих интервалов представлена обычно покровами лабрадоровых порфиритов, характеризующихся максимальными содержаниями N[g, Сг, N1, Со, частью 2п. Выше по разрезу, в связи с уменьшением основности эффузивов, концентрация этих компонентов убывает до минимальных значений в ортофирах, плагиопорфирах и фель-•зитах, завершающих цикл вулканизма. Максимумы Са, как правило, приурочены к средней части интервалов. Можно отметить некоторую аналогию в характере распределения компонентов и в строении верхней подсвиты тарланской свиты и основания каменской свиты.

Комплекс продуктов первой половины второго мегацикла (нижняя подсвита тарланской свиты) отличается от подстилающих отложений сравнительно однородным своим составом с менее четко выраженной цикличностью. Меньшая контрастность состава эффузивов находится в соответствии с более узкими средними диапазонами вариации содержаний V, Са, M.g. Аномально высокие концентрации 2п в класти-ческих отложениях основания и верхней части подсвиты связаны, по-видимому, с гидротермальной минерализацией.

Сдеди многочисленных геохимических ритмов, отражающих определенную периодичность в истории вулканизма, выделяются отдельные участки с присущими только им особенностями распределения отдельных компонентов. В этом отношении наиболее индивидуализирована верхняя часть каменской свиты со стабильной, отчетливо выраженной противоположной тенденцией вертикального распределения Т: и Са в средней части интервала и положительной их корреляционной связью на остальных участках. Можно отметить также в качестве диагностического признака значительно однородной в отношении 'П и V состав отложений нижней подсвиты тарланской свиты и некоторое понижение содержания Са к верхам этого участка разреза.

ЛИТЕРАТУРА

1.А. И. Анатольева, Стратиграфия и некоторые вопросы палеогеографии девона Минусинского межгорного прогиба. Тр. инст. Геология и геофизика, вып. 2, 1960.

2. А. П. Виноградов. Среднее содержание химических элементов в главных типах изверженных горных пород земной коры. Геохимия, № 7, 1962.

3. Ю. А. Кузнецов. Главные типы магматических формаций. Изд. Недра, 1964.

4. И. В. Лучицкий. Вулканизм и тектоника девонских впадин Минусинского межгорного прогиба. Изд. АН СССР, 1960.

5. В. С. Мелещенко. О некоторых вопросах стратиграфии девонских отложений Минусинской котловины. Тр. ВСЕГЕИ, сб. Палеонт. и стратигр. Госгеолиздат, 1953.

6. А. А. Моссаковский. Тектоника Минусинских впадин и их фундамента Тектоника Сибири. Изд. СО АН СССР, 1963.

7. Д. И. Мусатов. Некоторые особенности глубинных разломов на примере складчатых областей юга Красноярского края. Тектоника Сибири. Изд. СО АН СССР 1963.

8. Г. В. Поляков, А. Е. Телешев. Магматические комплексы района Тейской группы железорудных месторождений (Кузнецкий Алатау). Основные идеи М. А. Усова в геологии. Изд. АН КазССР, ¿960.