Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Контактовый метаморфизм Аю-Дага

ВАК РФ 04.00.08, Петрография, вулканология

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Ананьев, Вячеслав Александрович, Новосибирск

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ МИНЕРАЛОГИИ И ПЕТРОГРАФИИ

На правах рукописи

АНАНЬЕВ Вячеслав Александрович.

КОНТАКТОВЫЙ МЕТАМОРФИЗМ АЮ-ДАГА. 04.00.08 - петрология, вулканология

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук

член-корр. РАН В.В.Ревердатто

НОВОСИБИРСК -1998

ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ.

Символы минералов

сгс1 - кордиерит :£сгс! - железистый

кордиерит

сит - куммингтонит

сИ - диопсид

с1о1 - доломит

еп - энстатит

1а - фаялит

fdol - железистый доломит

1о - форстерит

- ферросилит

1ас - герцинит

Ь.с1 - геденбергит

шts - Мд чермакит

о1 - оливин

- кварц

эр1 - шпинель

Ге

/=-*100% -железистость минералов

Ре + М£

А1" Мд; + Ре

а =-ё-—*100% - фенгитовость минералов

А^ + Ре + А1п

А1

а =-*100% - глиноземистость минералов

А1 + Ре + Mg

ОГЛАВЛЕНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.............................................4

I. КРАТКИЙ ОЧЕРК ИСТОРИИ ИССЛЕДОВАНИЯ РАЙОНА........12

II. ОПИСАНИЕ ГЕОЛОГИИ РАЙОНА................■........15

1. ХАРАКТЕРИСТИКА ИНТРУЗИВНОГО МАССИВА............18

2. ВМЕЩАЮЩИЕ ОСАДОЧНЫЕ ПОРОДЫ.....................31

III. КОНТАКТОВЫЙ ОРЕОЛ..............................38

1. РОГОВИКИ.......................................39

Плагиоклаз и кварц...............................4 4

Кордиерит........................................47

Мусковит.........................................47

Хлорит...........................................4 9

2. КОРДИЕРИТ-ОЛИВИНОВЫЕ МЕТАКОНКРЕЦИИ.............51

Оливин...........................................58

Кордиерит........................................59

Апатит...........................................59

Амфибол..........................................64

Плагиоклаз.......................................64

3. ПИРОКСЕН-КЛИНОЦОИЗИТ-СУЛЬФИДНЫЕ МЕТАКОНКРЕЦИИ. . 68

Клинопироксен....................................68

Клиноцоизит......................................69

4. ГРАНАТ-ВЕЗУВИАНОВЫЕ МЕТАКОНКРЕЦИИ..............73

IV. РТ-УСЛОВИЯ КОНТАКТОВОГО МЕТАМОРФИЗМА............7 9

1. РТ-УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ КОРДИЕРИТ - ОЛИВИНОВЫХ МЕТАКОНКРЕЦИИЙ..................................82

2. РТ-УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ КЛИНОПИРОКСЕН -КЛИНОЦОИЗИТ-СУЛВФИДНЫХ МЕТАКОНКРЕЦИЙ....................... . 99

3. ПОСТМАГМАТИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ПОРОДАХ КОНТАКТОВОГО ОРЕОЛА.........................................107

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.........................................111

ЛИТЕРАТУРА.........................................116

ВВЕДЕНИЕ

Исследования по эволюции метаморфических процессов, парагенетическому анализу минеральных ■ ассоциаций метаморфических пород и термодинамическим условиям их образования являются актуальной проблемой современной петрологии. Постановка этих работ в Институте минералогии и петрографии СО РАН (г.Новосибирск) проводится в рамках разносторонних исследований по метаморфизму, инициатором которых был академик B.C.Соболев.

Лаборатория "Метаморфизма и метасоматоза" ИМП СО РАН традиционно исследует контактовый метаморфизм горных пород. Еще 30 лет назад Ревердатто и др. [Ревердатто, 1970; Reverdatto et al., 1970; Reverdatto et. al, 1972] показали, что температура контактового метаморфизма хорошо коррелируется с составом интрузивных магм; в общем случае с более основными расплавами связан более высокотемпературный метаморфизм, с более кислыми - менее высокотемпературный. Мощности контактовых ореолов зависят как от температуры магматического расплава, так и от размеров интрузивного тела. Обычно ширина контактового ореола составляет 10-25% от приведенной мощности интрузивного тела. Такие соотношения наблюдаются в большинстве случаев. Однако имеются исключения из этого

правила. Например, Лиханов с соавторами [Лиханов и др., 1996] описали исключительно слабый метаморфизм ("обжиг") глин в непосредственных контактах андезитовых некков в Туркмении, что было объяснено низкой температурой и закристаллизованностью интрузивного материала. В мировой литературе описаны и другие примеры несоответствий такого рода. Поиск подобных случаев привел нас к массиву Аю-Даг в Крыму, где основной интрузив был причиной слабого и неоднородного термического воздействя на вмещающие породы.

Однако, это было не единственное основание для постановки специальных работ на Аю-Даге.

Метаморфизм железистых осадков и образование вблизи аюдагского интрузивного тела некоторых необычных минералов, в частности, - уникальной минеральной ассоциации Ее-кордиерита, феррогортонолита, Ее-апатита и куммингтонита, также представляет большой интерес, особенно - в свете решения проблемы разграничения фаций контактового и регионального метаморфизма, которая остаётся одной из актуальных задач метаморфической петрологии. В карбонатно-кремнистых системах этот вопрос решается благодаря крутому наклону моновариантных линий соответствующих «критических» равновесий к оси температур при ^ойщ^^со, • Для глиноземистых железисто-магнезиальных метапелитов некоторые малонадежные оценки могут быть

получены по составу минералов в дивариантных ассоциациях с переменной железистостью, но до сих пор наиболее надежным критерием отличия минеральных ассоциаций фаций низкого давления от регионального метаморфизма остаются геологические признаки малой глубинности магматизма: локальное развитие контактовых роговиков вблизи субвулканических и гипабиссальных интрузивных тел. Причина этого в отсутствии соответствующих "критических" равновесий, которые достоверно разграничивали бы минеральные ассоциации низких и умеренных давлений при Р «

1,5 кбар. Если в системе Мд0-А1203-ЗЮ2 для ультрабазитовых пород определенно можно использовать равновесие: кордиерит + форстерит = энстатит + шпинель, которое хорошо экспериментально изучено [НеггЬегд, 1983] и легко термодинамически моделируется, то в отношении железистых систем для метапелитов существование подобного равновесия экспериментально не подтверждено. Это обусловило постановку специальных исследований контактово-метаморфизованных железистых глинистых осадков с целью приблизиться к решению данной проблемы.

Исследования вышеперечисленных вопросов позволили сформулировать тему диссертации и обозначить её цель .

Главной целью выполненной работы было детальное определение РТ- условий образования минеральных

ассоциаций, возникших в результате термального воздействия аюдагских габбро-диоритов на вмещающие осадочные породы, при этом, мы основывались на парагенетическом анализе, минеральной термометрии и модельных термодинамических расчетах возникающих равновесий.

Основные защищаемые положения.

1) Маломощный контактовый ореол габбро-диоритового массива Аю-Даг образовался как следствие термического воздействия на вмещающие породы со стороны частично закристаллизованного интрузивного материала; выжимание из промежуточной магматической камеры кашеобразной кристаллической массы привело к образованию интрузивного тела сферовидно-каплевидной формы; по взаимоотношению с вмещающими породами это тело может характеризоваться как диапировый шток или пигмолит.

2) Контактовое воздействие выразилось в средне- и низкотемпературном метаморфизме, следствием которого явилось образование маломощных кордиерит - кварц плагиоклаз - хлорит - мусковитовых роговиков и ороговикованных кварц - плагиоклаз - хлорит мусковитовых сланцев. Как продукт термального воздействия среди выше упомянутых пород также выделяются три типа метаконкреций: кордиерит-

оливиновые, пироксен-клиноцоизит-сульфидные и гранат-везувиановые.

3) Выполненные термодинамические расчеты позволили установить что, для высокожелезистых малокремнистых метапелитов в качестве границы фаций контактового метаморфизма по давлению может быть использовано моновариантное равновесие: кордиерит + оливин = ортопироксен + шпинель, с фиксированной

Ре

железистостью (/ =-*100%) кордиерита не более 6065%.

4) Образование тех или иных минеральных ассоциаций при метаморфизме контролировалось вещественным составом исходных осадков. В ходе минеральных превращений имели место локальные вариации состава флюида от углекислотного до существенно водного.

5) Породы контактового ореола массива Аю-Даг сформировались в широком интервале температур, вследствие процессов метаморфизма, метасоматоза и эпимагматической гидротермальной деятельности. Максимальные температуры метаморфизма (в непосредственной близости от контакта) не превышали 600 ± 20°С при установленном давлении 1,5 кбара, что

соответствует условиям нижней части фации амфиболовых роговиков. Впервые описан железистый апатит в ассоциации с железистым кордиеритом и

феррогортонолитом. Большая часть пород контактового ореола сформировалась в условиях мусковит роговиковой фации метаморфизма. Сравнительно низкие (для магмы основного состава) температуры метаморфизма и маломощный контактовый ореол объясняются пониженной температурой частично закристаллизованного

интрузивного тела. Минимальная температура в контактах массива Аю-Даг определяется в интервале, соответствующем полю устойчивости пренита, т.е. от 280°С до 460°С при давлении 1,5-2 кбара. Метасоматоз в пределах контактового ореола был ограничен только образованием гранат-везувианового парагенезиса в метаконкрециях. Значительно обширнее метасоматические изменения происходили в породах зндоконтакта: хлоритизация, окварцевание, фельдшпатизация и др.

Фактическую основу работы составляет материал, собранный при выполнении тематических работ на территории Крымского полуострова, в сотрудничестве с Институтом минеральных ресурсов (г.Симферополь).

Автором изучено около 200 петрографических шлифов, в том числе - 20 ориентированных. В работе использовано 250 микрозондовых анализов минералов и 2 0 рентгено-флюоресцентных анализов составов пород.

Анализы химических составов пород и породообразующих минералов были выполнены в Аналитическом Центре ОИГГиМ СО РАН (г.Новосибирск) и ИМИ СО РАН: рентгено-флюоресцентный анализ пород, аналитик Глухова Н.М.; VRA-20, аналитик Холодова Л.Д.; рентгеноспектральный микроанализ минералов, "Camebax-micro" аналитик Нигматуллина E.H.; сканирующая электронная микроскопия, JESM-35, аналитик Летов C.B. Рентгеноструктурный анализ апатита был любезно выполнен Павлюченко B.C. (ИМП СО РАН).

Основные положения диссертации докладывались на расширенном научном семинаре лаборатории "Метаморфизма и метасоматоза" ИМП СО РАН, на научной конференции "75-летие геологического образования Томского Госуниверситета" (г.Томск, 1996).

Диссертация состоит из введения, четырех разделов и заключения. Содержание работы изложено на 125 страницах машинописного текста, сопровождается 22 рисунками и 12 таблицами. Библиография включает 67 наименований.

Работа выполнена под научным руководством члена-корреспондента РАН В.В.Ревердатто, которому автор искренне

признателен за постоянное внимание и поддержку. Автор благодарен д.х.н. Шеплеву B.C. и к.г.-м.н. Хлестову В.В. за помощь в решении ряда проблем и ценные советы; к.г.-м.н. Колобову В.Ю., к.г.-м.н. Лиханову И.И., к.г.-м.н. Полянскому О.П., к.ф.-м.н. Тену A.A., Брыксиной H.A., Коджесяну B.C., Павлюченко B.C., Летову C.B., Нигматуллиной E.H. за плодотворное сотрудничество; академику Соболеву Н.В. и д.г.-м.н. Шведенкову за постоянное внимание и содействие.

I. КРАТКИЙ ОЧЕРК ИСТОРИИ ИССЛЕДОВАНИЯ РАЙОНА.

Геологическое изучение горного Крыма ведется на протяжении двух веков. Начальные сведения о распространении горных пород в Крыму и их разнообразии связаны с именами В.Ф.Зуева, П.С.Палласа, Ф.Дюбуа де Монпере и др. Исследования были направлены на специальное изучение полезных ископаемых и стратиграфии юрских и меловых отложений.

Первое детальное изучение магматических пород Крыма было проведено в конце девятнадцатого века Г.Д.Романовским (1867) и А.А.Штукенбергом (1873), установившими присутствие на территории Крыма диоритов, порфиритов, авгитовых диоритов, диабазов и других пород. Особую ценность представляют работы А.Е.Лагорио (1897), который, наряду с минералого-петрографическими характеристиками магматических пород, опубликовал их химические анализы. Проведенные под руководством К.К.Фохта (1889-1913) работы по составлению первой геологической карты Крымского полуострова позволили уточнить стратиграфию мезозойских отложений, были сделаны общие выводы по тектонике и геологической истории Крыма. В тридцатых годах нашего столетия появились крупные обобщающие работы по

петрографии изверженных пород, из которых следует особенно отметить монографию Ф.Ю. Левинсона-Лессинга и Дьяконова-Савельева (1935), описывающую в петрографическом плане интрузивные и вулканические породы Карадага, а также работу В.И.Лучицкого (1939) , которая вобрала в себя основные сведения о минералого-петрографических особенностях магматических пород Крыма, их структурных и возрастных взаимоотношениях и генетические представления на тот период времени.

За последние годы детально исследована литология мезозойских отложений Крыма, уточнены стратиграфические схемы [Логвиненко и др.,1959; Муратов и др., 1960], получены и проинтерпретированы данные по строению земной коры в Крыму и прилегающих частях Черного моря [Милановский и Короновский, 1973], продолжено изучение петрографии и генезиса разнообразных магматических тел Крыма, выявлены специфические особенности многоэтапных разновозрастных процессов их формирования [Кравченко, 1958; Лебединский и Макаров, 1962; Коваленко и Пасынков, 1986; Спиридонов и др., 1990].

Несмотря на детальное изучение интрузивных массивов, на всем протяжении геологического изучения Крыма явно недостаточное внимание уделялось комплексам

метасоматических и контактово-метаморфических пород в

связи с проявлением глубинного и приповерхностного магматизма. В ранних работах лишь упоминается о некоторых "контактных поясах" [Лучицкий, 1939] вблизи интрузивных массивов, не заостряя внимание на минералого-петрографических особенностях контактовых пород, которые во многом являются уникальными. Детальное петрологическое изучение контактово-метаморфических пород Крыма начало проводится сравнительно недавно [Еременко и Еременко, 1972; Спиридонов, 1989]. Эти исследования в отношении термально-измененных пород Аю-Дага были продолжены автором предлагаемой работы с соавторами [Ананьев и Ревердатто, 1997; Ананьев и др., 1997].

II. ОПИСАНИЕ ГЕОЛОГИИ РАЙОНА.

Район исследований находится в пределах Горного Крыма, который представляет собой часть мегантиклинория субширотного простирания в составе Альпийской геосинклинальной складчатой области. Своеобразие его, в отличие от Карпат и Большого Кавказа, состоит в том, что он является не орогеном альпийской геосинклинали, а эпиплатформенным горным сооружением, возникшим в результате киммерийской тектономагматической активизации южной окраины Евроазиатской континентальной плиты на конвергентной границе с северной океанической плитой Тетиса. Для Горного Крыма характерен блоковый характер глубинных структур земной коры, созданный ортогональной и диагональной системами сквозных и коровых глубинных разломов дорифейского заложения. Главная гряда Горного Крыма составляет ядро антиклинальной структуры, которое сложено верхнетриасовыми - нижнеюрскими (таврическая серия) , средне- и верхнеюрскими и нижнемеловыми отложениями [Муратов, 1969; Коваленко и Пасынков, 1986].

Объект исследования - интрузивный массив Аю-Даг и его контакты находится на Крымском полуострове. Он представляет собой гору в приморской части Южного берега Крыма между Ялтой и Алуштой, подножье которой

располагается у мыса Монастырский; вершина горы представляет собой плато на высоте 577 м; плато со всех сторон окружают крутые обрывы.

ТИ-! ША-2

-3

*

-4

\т -5

Рис.1. Геологическая схема Аю-Дага. 1- габбро-диориты; 2 - флишевые отложения таврической серии Крыма; 3- контактово-метаморфизованные породы; 4- места находок метаконкреций, описанных в данной работе; 5-некоторые элементы залегания осадочных пород и метапелитов..

1. ХАРАКТЕРИСТИКА ИНТРУЗИВНОГО МАССИВА.

Интрузивный массив Аю-Даг входит в состав средне-верхнеюрского ( J2—J3 ) первомайско-аюдагского долерит габбро - диоритового комплекса даек и малых интрузивов. Абсолютный возраст магматических пород Аю-Дага укладывается в пределы 152 - 163 млн. лет, при среднем значении 158 млн. лет [Кравченко и Лебединский, 1969]. Массив является наиболее крупным из серии гипабиссальных и субвулканических тел, обнажающихся на южном берегу Крыма от Балаклавы до Алушты. И форма аюдагского интрузива, и магматические породы, его образующие, определялись разными исследователями по-разному. В.И.Лучицкий [Лучицкий, 1939] "бесспорно" называл массив - лакколитом и относил породы Аю-Дага, в зависимости от структуры, к диоритам, кварцевым диоритам и кварц - авгитовым диоритпорфирам. С.М.Кравченко [Кравченко, 1958] подчеркивал сложность строения массива, относя кристаллические породы к анортит - битовнитовым габбро и кварцевым анортит - битовнитовым диоритам. Э.М.Спиридонов с соавторами [Спиридонов и др., 1990], не заостряя внимание на форме интрузивного тела, подчеркивал сл