CHAUSTINSKY METAMORPHIC COMPLEX OF THE NORTHERN PART OF THE ALTAI REPUBLIC: STRUCTURAL POSITION, AGE AND GEODYNAMIC CHARACTERISTICS

ЧАУСТИНСКИЙ МЕТАМОРФИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС СЕВЕРНОЙ ЧАСТИ ГОРНОГО АЛТАЯ: СТРУКТУРНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ, ВОЗРАСТ И ГЕОДИНАМИЧЕСКАЯ ПРИРОДА

Научная статья

Рубанова Е.С.^1, *, Куликова А.В.²

^{1, 2} Институт геологии и минералогии СО РАН, Новосибирск, Россия

* Корреспондирующий автор (alyona212[at]igm.nsc.ru)

Аннотация

Чаустинский метаморфический комплекс образовался при погружении базальтов океанического дна и осадочных пород (вероятно, глубоководного желоба и океанического дна) в зону субдукции. Ar-Ar возраст амфибола 522 млн. лет (ранний кембрий) соответствует субдукционному этапу, в то время как возрасты слюд 489±5,7, 498±3,8 и 499±5,4 млн. лет (верхний кембрий) отражают эксгумацию пород в результате возвратных течений в зоне субдукции. По результатам геохимических исследований протолитом для метабазитовых пород Чаустинского комплекса (амфиболиты, гранатовые амфиболиты) преимущественно служили базальты типа N-Morb, реже E-Morb. Полученные данные хорошо согласуются с представлениями о формирование Ануйско-Чуйской зоны Горного Алтая как структуры аккреционного клина Кузнецко-Алтайской островной дуги в венд-кембрийское время.

Ключевые слова: Горный Алтай, надвиги, аккреционная зона, Ar-Ar возраст, чаустинский метаморфический комплекс, субдукция.

CHAUSTINSKY METAMORPHIC COMPLEX OF THE NORTHERN PART OF THE ALTAI REPUBLIC: STRUCTURAL POSITION, AGE AND GEODYNAMIC CHARACTERISTICS

Research article

Rubanova E.S. ^1, *, Kulikova A.V.²

^{1, 2} V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy of the Siberian Branch of the RAS, Novosibirsk, Russia

* Corresponding author (alyona212[at]igm.nsc.ru)

Abstract

The Chaustinsky metamorphic complex was formed when basalts of the ocean floor and sedimentary rocks (perhaps, the deep-sea trough and the ocean floor) were submerged in the subduction zone. The Ar-Ar age of the amphibole is 522 Ma (Early Cambrian Period) corresponds to the subduction stage, while the mica ages 489±5.7, 498±3.8 and 499±5.4 Ma (Upper Cambrian) reflect the exhumation of rocks as a result of return currents in the subduction zone. According to the results of geochemical studies, the protoliths for the metabasite rocks of the Chaustinky complex (amphibolites, garnet amphibolites) were mainly basalts of the N-Morb type, less often E-Morb. The obtained data are in good agreement with the ideas about the formation of the Anuisko-Chuiskaya zone of the Altai Mountains as a structure of the accretion wedge of the Kuznetsk-Altai island arc in the Vendian-Cambrian time.

Keywords: Altai Republic, thrust faults, accretion zone, Ar-Ar age, Chaustinsky metamorphic complex, subduction.

На Горном Алтае широко проявлены позднепалеозойские тектонические покровы, ассоциирующие с одновозрастными крупноамплитудными сдвигами северо-восточного простирания. В строение позднепалеозойских покровов участвуют фрагменты венд-кембрийской Кузнецко-Алтайской островной дуги Сибирского континента, включающей аккреционные клинья Бийско-Катунской и Курайской зон, а также аккреционные комплексы в фундаменте палеозойской Ануйско-Чуйской зоны. Мощность палеозойских образований Ануйско-Чуйской зоны составляет 11-14 км. Зона представляет собой крупнейшую в пределах Горного Алтая структуру [1], [2], ограниченную региональными позднепалеозойскими сдвигами и сдвиго-надвигами протяженностью более 500 км и шириной до 200 км. В состав Ануйско-Чуйской зоны входят:

1) позднекембрийско-раннеордовикские турбидиты преддугового прогиба (мощностью до 2–3 км) Кузнецко-Алтайской островной дуги;

2) несогласно (структурно и стратиграфически) через базальные конгломераты залегающие на них среднеордовикско-раннедевонские отложения пассивной окраины (мощностью до 6–8 км);

3) раннесреднедевонские вулканогенно-осадочные образования (мощностью до 3 км), сформированные в обстановке активной окраины, несогласно (структурно и стратиграфически) перекрывающие деформированные породы пассивной окраины.

Завершает разрез зоны раннекарбоновая угленосная моласса, трансгрессивно перекрывающая девонские образования. Моласса и несогласие в ее основании фиксируют крупную позднепалеозойскую складчатость, которая интенсивно проявлена в деформациях краевых частей автохтона вблизи позднепалеозойских Каимской, Чарышско-Теректинской и Телецко-Курайской покровно-сдвиговых структур. К двум последним приурочены тектонические пластины раннекарбоновой угленосной молассы.

Каимская зона надвигов расположена в северной части Горного Алтая и включает серию разломов, образующих в плане субширотную дугообразную структуру северной вергентности. В пределах покровно-чешуйчатой структуры широко развиты аккреционные образования, представленные фрагметами офиолитов, палеоокенических островов и турбидитов. В качестве возможного продолжения ее структуры на север рассматриваются аккреционные комплексы Салаира, выведенные на поверхность [1], [2]. Предполагается, что к югу аккреционные комплексы широко развиты в основании Ануйско-Чуйской зоны Горного Алтая. Кроме перечисленных пород как на севере Горного Алтая, так и на Салаире, в составе аккреционных структур участвуют метаморфические породы, соответственно, Чаустинского и Аламбаевского комплексов [2], [3].

В Каимской зоне выделяются надвиговые структуры двух возрастных геодинамических обстановок [1], [4]: поздневендско-кембрийской аккреционной, плоскости которых выполнены слюдистыми сланцами и серпентинитовыми меланжами с блоками габбро-пироксенитов и габбро, и позднепалеозойской коллизионной, плоскости которых выполнены метаморфическими породами пренит-пумпеллиитовой и эпидот-амфиболитовой фаций метаморфизма. Местами позднепалеозойские надвиги под острым углом срезают древнюю структуру аккреционного клина. Фронтальный надвиг Каимской структуры отчетливо фиксируется проявлением позднепалеозойских глубокометаморфизованных пород белокурихинского метаморфического комплекса [3], [5]. Он представлены кристаллосланцами и биотит-амфиболовыми гнейсами эпидот-амфиболитовой фации повышенных давлений. Формирование пород происходило в условиях высоких температур и низких давлений. Возраст высокотемпературного метаморфизма (U/Pb-метод по циркону из гнейсов) определен в 311 ± 12 млн лет [9]. Возраст мусковитов из разломных зон Каимской надвиговой структуры соответствует интервалу позднего карбона – перми, что отвечает заключительной фазе ее формирования. В начальной фазе, в позднем карбоне, формировались глубокометаморфизованные породы белокурихонского комплекса.

В основании фронтального надвига расположены палеозойские породы Ануйско-Чуйской зоны, интенсивно дислоцированные в широкой приразломной полосе до нескольких десятков километров с формированием изоклинальных складок с послойным и осевым кливажем. Благодаря проявлению позднепалеозойских надвигов на поверхность были выведен аккреционный комплекс пород, расположенный в основании палеозойских образований Ануйско-Чуйской зоны. Аккреционный комплекс Каимской зоны состоит из серии тектонических пластин, представленных позднекембрийскими турбидитами, фрагментами вендско-кембрийских офиолитов и палеоокеанического острова, метаморфическими породами Чаустинского комплекса. В состав палеоoкенического острова включаются вулканогенные и вулканогенно-осадочные породы каимской свиты [3], которые, рассматриваются, соответственно, как образования основного магматического тела и склоновых фаций. Широко развитые в регионе поздневендско-раннекембрийские карбонатные породы, частично превращенные в доломиты и графит-содержащие мраморы, рассматриваются в качестве карбонатной “шапки” палеоокеанических островов [1], [2], [4]. Метаморфические породы Чаустинского комплекса формируют протяженное до многих км и невыдержанное по мощности до многих сотен метров дугообразное тело на левобережье р. Катунь (р. Чауста – пос. Камышла). Среди метаморфитов преобладают амфиболиты и гранатовые амфиболиты, в подчиненном количестве развиты метапелиты – кианитовые и слюдяные кристаллосланцы и гнейсы, а также кальцитовые и доломитовые мраморы [6].

Нами изучен разрез в левом борту р. Катунь близ устья р. Чауста в котором кристаллосланцы представлены в основном слюдистыми и гранат-слюдистыми разновидностями. Расчет параметров метаморфизма по гранат-плагиоклазовому геобарометру в гнейсах по данным С. А. Каргаполова соответствует Р = 8–10 кбар и Т = 550–600 °С [5]. Кристаллосланцы являются, вероятно, продуктом метаморфизма осадочных океанических пород и (или) глубоководного желоба.

Метабазальтовые породы формируют линзообразные тела среди кристаллосланцев. Изучение амфиболов из амфиболитов и гранатовых амфиболитов показало, что они относятся по номенклатуре [7] к ферро-чермакиту и чермакиту. Анализ гранатов свидетельствует о том, что в их составе преобладает альмандин (72-82 %), гроссуляра и пиропа 9-13 % и 11-17 % соответственно. Гранаты имеют зональное строение с падением спессартинового компонента и ростом пиропового к краю зерна, что может свидетельствовать о его росте на прогрессивном этапе метаморфизма.

По результатам геохимических исследований выявлено, что протолитом для метабазитовых пород Чаустинского комплекса (амфиболиты, гранатовые амфиболиты) служили базальты типа N-Morb, реже E-Morb. Эти данные согласуются с ранее полученными результатами [8]. По амфиболу из метабазальтов (гранатовых амфиболитов) получен Ar-Ar возраст 522±5,5 млн. лет. Ar-Ar возраст биотита из метапелитов (кварц-плагиоклаз-биотит-гранатового кристаллического сланца) составляет 489±5,7 млн. лет. Из метапелитов (гранат-слюдистого и слюдистого сланцев) был выделен мусковит, Ar-Ar возраст которого составляет 498±3,8 млн. лет и 499±5,4 млн. лет соответственно.

Таким образом, полученные данные свидетельствуют о том, что породы Чаустинского метаморфического комплекса представляют полиметаморфический комплекс, который образовался при погружении базальтов океанического дна и осадочных пород (вероятно, глубоководного желоба и океанического дна) в зону субдукции и дальнейшей эксгумации в результате вхождения в зону субдукции Каимского палеосимаунта [1], [2]. Полученный Ar-Ar возраст амфибола 522 млн. лет (ранний кембрий), вероятно, соответствует субдукционному этапу, в то время как возрасты слюд с значениями в 489±5,7, 498±3,8 и 499±5,4 млн. лет (верхний кембрий), отражают эксгумацию пород в результате возвратных течений в зоне субдукции. Полученные данные хорошо согласуются с представлениями [1], [2], [4] о формировании Ануйско-Чуйской зоны Горного Алтая как структуры аккреционного клина Кузнецко-Алтайской островной дуги в венд-кембрийское время. Наиболее полно предлагаемая модель эволюции аккреционного клина рассмотрена [10], [11] на рядом расположенном объекте Курайской зоны юго-восточной части Горного Алтая.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Буслов М.М. Тектоника и геодинамика Горного Алтая и сопредельных структур Алтае-Саянской складчатой области / М.М. Буслов, Х. Джен, А.В. Травин и др. // Геология и геофизика – 2013. – Т. 54. – № 10. – C. 1600–1628.
2. Dobretsov N.L. Fragment of oceanic islands in accretion-collision areas of Gorny Altai and Salair, southern Siberia: early stages of continental crustal grow of the Siberian continent in Vendian-Early Cambrian time / N.L. Dobretsov, M.M. Buslov, Yu. Uchio // Journal of Asian Earth Sciences. –2004. –V. 23. – pp. 673—690.
3. Зыбин В.А. Петротип Каимского базальтового комплекса раннего кембрия (Горный Алтай) / В.А. Зыбин. – Новосибирск: СНИИГГиМС, 2012. – 115 c.
4. Добрецов Н.Л. Средне-позднепалеозойские геодинамические комплексы и структура Горного Алтая и ее отображение в гравитационных данных / Н.Л. Добрецов, М.М. Буслов, Е.С. Рубанова и др. // Геология и геофизика. – 2017. –Т.58. – № 11. – С.1617–1632.
5. Каргополов С.А. Метаморфический комплекс в обрамлении Белокурихинского гранитного массива / С.А. Каргополов, О.Ю. Маликова, А.Г. Владимиров и др. // Геологическое строение и полезные ископаемые западной части Алтае-Саянской горной области: Сб. матер. науч.-практ. конф., Новокузнецк– 1995.– С. 228–230.
6. Федак С. И. Государственная геологическая карта Российской Федерации. Масштаб 1 : 1 000 000 (третье поколение). Серия Алтае-Саянская. Лист М-45 – Горно-Алтайск. Объяснительная записка / С.И. Федак, Ю.А. Туркин, А.И. Гусев и др. – СПб.: Картографическая фабрика ВСЕГЕИ, 2011. – 567 с.
7. Leake B.E. Nomenclature of Amphiboles: Report of the Subcommittee on Amphiboles of the International Mineralogical Association Commission on New Minerals and Mineral Names / B.E. Leake, A.R. Woolley, C.E. Arps and others // Mineralogical Magazine.– 1997.– V. 61.– pp. 295–321.
8. Крук Н.Н. Природа метаморфических комплексов Горного Алтая / Н.Н. Крук, Н.И. Волкова, Я.В. Куйбида и др. // Литосфера – 2013. – № 2. – С. 20–44.
9. Шокальcкий C.П. Коppеляция магматичеcкиx и метамоpфичеcкиx комплекcов западной чаcти Алтае-Cаянcкой cкладчатой облаcти / C.П. Шокальcкий, Г.А. Бабин, А.Г. Владимиpов и др. – Новоcибиpcк, Изд-во CО PАН, филиал „Гео“, 2000. – 187 c.
10. Буслов М.М. Внутрисубдукционная коллизия и ее роль в эволюции аккреционного клина (на примере Курайской зоны Горного Алтая, Центральная Азия) / М.М. Буслов, Т Ватанабе // Геология и геофизика. – 1996. – Т. 37. – № 1. – C. 82-93.
11. Куликова А.В. Геохронология метаморфических пород курайского аккреционного клина (юго-восточная часть Горного Алтая) / А.В. Куликова, М.М. Буслов, А.В. Травин // Геодинамика & Тектонофизика. - 2017. - Т.8. - № 4. - С.1049-1063.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Buslov M.M. Tektonika i geodinamika Gornogo Altaja i sopredel'nyh struktur Altae-Sajanskoj skladchatoj oblasti [Tectonics and geodynamics of Gorny Altai and adjacent structures of the Altai-Sayan folded area] / Buslov M.M., Geng H., Travin A.V. and others // Geologija i geofizika [Russian Geology and Geophysics]. – 2013. – V.54. – №10. – pp. 1250–1271.
2. Dobretsov N.L. Fragment of oceanic islands in accretion-collision areas of Gorny Altai and Salair, southern Siberia: early stages of continental crustal grow of the Siberian continent in Vendian-Early Cambrian time / N.L. Dobretsov, M.M. Buslov, Yu. Uchio // Journal of Asian Earth Sciences. –2004. –V. 23. – pp. 673—690.
3. Zybin V.A. Petrotip Kaimskogo bazal'tovogo kompleksa rannego kembriya (Gornyy Altay) [Petrotype of the Early Cambrian Kaim basalt complex (Gorny Altai)] / V.A. Zybin. – Novosibirsk: SNIIGGiMS, 2012. – 115 p. [in Russian]
4. Dobretsov N.L.Sredne-pozdnepaleozojskie geodinamicheskie kompleksy i struktura Gornogo Altaja i ee otobrazhenie v gravitacionnyh dannyh [Middle-Late Paleozoic geodynamic complexes and structure of Gorny Altai and their record in gravity data] / N.L. Dobretsov, M.M. Buslov, E.S. Rubanova and others // Geologija i geofizika [Russian Geology and Geophysics]. – 2017. – V. 58. – № 11. – pp. 1277–1288.
5. Kargopolov S.A. Metamorficheskiy kompleks v obramlenii Belokurikhinskogo granitnogo massiva [Metamorphic complex in the frame of the Belokurikhinsky granite massif] / S.A. Kargopolov, O.YU. Malikova, A.G. Vladimirov and others // Geologicheskoye stroyeniye i poleznyye iskopayemyye zapadnoy chasti Altaye-Sayanskoy gornoy oblasti: mater. nauch.-prakt. konf. [Geological structure and minerals of the western part of the Altai-Sayan mountain region: materials of the scientific and practical conference]. – Novokuznetsk, 1995. – pp. 228–230. [in Russian]
6. Fedak S. I. Gosudarstvennaja geologicheskaja karta Rossijskoj Federacii. Masshtab 1 : 1 000 000 (tret'e pokolenie). Serija Altae-Sajanskaja. List M-45 – Gorno-Altajsk. Objasnitel'naja zapiska [State geological map of the Russian Federation. Scale 1: 1,000,000 (third generation). Altai-Sayan series. Sheet М45 – Gorno-Altaysk. Explanatory note] / S.I. Fedak, Ju.A. Turkin, A.I. Gusev and others. – SPb.: Kartograficheskaja fabrika VSEGEI [VSEGEI Cartographic Factory], 2011. – 567 p. [in Russian]
7. Leake B.E. Nomenclature of Amphiboles: Report of the Subcommittee on Amphiboles of the International Mineralogical Association Commission on New Minerals and Mineral Names / B.E. Leake, A.R. Woolley, C.E. Arps and others // Mineralogical Magazine.– 1997.– V. 61.– Pp. 295–321.
8. Kruk N.N. Priroda metamorficheskikh kompleksov Gornogo Altaya [Nature of metamorphic complexes of the Gorny Altai] / N.N. Kruk, N.I. Volkova, Y.V. Kuibida and others // Litosfera [Lithosphere]. – 2013. – №2. – Pp. 20–44. [in Russian]]
9. Shokal'ckij C.P. Koppeljacija magmaticheckix i metamopficheckix komplekcov zapadnoj chacti Altae-Cajanckoj ckladchatoj oblacti [Correlation of igneous and metamorphic complexes in the western part of the Altai-Sayan folded area] / C.P. Shokal'ckij, G.A. Babin, A.G. Vladimipov et al. – Novocibipck, CO PAN Publ.house, filial „Geo“, 2000. – 187 p. [in Russian].
10. Buslov, M. M. Vnutrisubdukcionnaja kollizija i ee rol' v jevoljucii akkrecionnogo klina (na primere Kurajskoj zony Gornogo Altaja, Central'naja Azija) [Intrasubduction collision and its role in the evolution of an accretionary wedge: the Kurai zone of Gorny Altai, Central Asia. Russian] / M.M. Buslov, T Vatanabe // Geologija i geofizika [Geology and Geophysics].-1996.-V. 36.- № 1.-pp. 83-94. [in Russian]
11. Kulikova A.V. Geohronologija metamorficheskih porod kurajskogo akkrecionnogo klina (jugo-vostochnaja chast' Gornogo Altaja) [Geochronology of metamorphic rocks in the Kurai accretionary prism (south-eastern Gorny Altai)] / A.V. Kulikova, M.M. Buslov, A.V. Travin // Geodinamika & Tektonofizika [Geodynamics & Tectonophysics]. -2017. - V.8.- № 4.-pp.1049-1063. [in Russian]