Петрофизическая характеристика протерозойского Биверского метаморфического комплекса (горы Принс-Чарльз, Восточная Антарктида) и ее геологическое значение

Сергеев, Михаил Борисович

Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему
Петрофизическая характеристика протерозойского Биверского метаморфического комплекса (горы Принс-Чарльз, Восточная Антарктида) и ее геологическое значение
ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Петрофизическая характеристика протерозойского Биверского метаморфического комплекса (горы Принс-Чарльз, Восточная Антарктида) и ее геологическое значение"

МИНИСТЕРСТВО ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ И МИНЕРАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ МИРОВОГО ОКЕАНА

На правах рукописи

ГГ6 ОД

СЕРГЕЕВ Михаил Борисович . .

УДК [552.53]: 552.4: 551.72 (-923.1/.2) (043.3) 1 8 2^3

ПЕТРОФИЗИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОТЕРОЗОЙСКОГО _БИВЕРСКОГО МЕТАМОРФИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА (ГОРЫ ПРИНС-ЧАРЛЬЗ, ВОСТОЧНАЯ АНТАРКТИДА) IIЕЕ ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ

Специальности: 04.00.12 - Геофизические методы поисков и разведки

месторождений полезных ископаемых; 04.00.01 - Общая и региональная геология.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Санкт-Петербург 2000

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте геологии и минеральных ресурсов Мирового океана (ВНИИОкеан-геология) Министерства природных ресурсов Российской Федерации и Российской Академии Наук.

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук E.H. КАМЕНЕВ. Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук A.JI. ПИСКАРЕВ-ВАСИЛЬЕВ, кандидат геолого-минералогических наук Ю.Л. РУДЕНКО.

Ведущее предприятие:

Полярная Морская Геологоразведочная Экспедиция (ПМГРЭ).

Защита диссертации состоится 16 июня 2000 года в 14 часов на заседании Специализированного совета Д.071.14.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте геологии и минеральных ресурсов Мирового океана (ВНИИОкеангеология) по адресу: 190121, Санкт-Петербург, Английский пр., д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИОкеангеоло-гии.

Автореферат разослан 16 мая 2000 года.

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат геолого-минералогических наук

И.А. Андреева

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Исследование докембрийских метаморфических комплексов является одной из важнейших задач современной геологии, направленной на углубление существующих представлений о строении и эволюции земной коры, закономерностях размещения полезных ископаемых и природе глобальных геодинамических процессов в докембрийское время. В пределах Восточно-Антарктического кратона одним из наиболее подробно изученных является протерозойский Биверский метаморфический комплекс, развитый в северной части гор Принс-Чарльз. Несмотря на большой объем геолого-геофизической информации, полученной в этом районе за последние четыре с половиной десятилетия, многие проблемы, связанные с Биверским комплексом оставались нерешенными или остродискуссионными, в частности: проблема разделения метаморфических толщ на более дробные структурно-вещественные единицы, проблема геологической природы характерных для этого района контрастных магнитных аномалий и проблема принадлежности к Биверскому комплексу глубокомета-морфизованных толщ, развитых в смежных районах.

Петрофизические исследования, сыгравшие ключевую роль в этой работе, первоначально предпринимались лишь с целью решения вопроса о геологической природе магнитных аномалий, но, как оказалось, дали новую информацию, проливающую свет и на другие нерешенные проблемы. Это позволило добиться существенного прогресса в понимании эволюции земной коры в изучаемом регионе. Разработанные в ходе настоящего исследования методические приемы могут быть применены при решении сходных задач в других районах развития метаморфических комплексов.

Научные исследования, положенные в основу диссертационной работы, направлены на решение задач, сформулированных в Федеральной Целевой Программе "Мировой океан" в рамках подпрограмм "Минеральные ресурсы Мирового океана, Арктики и Антарктики" и "Изучение и исследование Антарктики". Особое внимание к району, изученному в настоящей работе, связано с тем, что он входит в полосу международного антарктического геотраверса АНТАЛИТ. Полученные результаты служат укреплению отечественных приоритетов в деле геолого-геофизических исследований в Антарктике.

Основная цель и задачи исследования. Целью данной работы являлось выявление главных черт строения Биверского метаморфического комплекса, уточнение его пространственных границ и углубление представлений о ранних стадиях его геологической истории. Достижение этой цели осуществлялось путем решения следующих задач:

- разделения Биверского комплекса на более дробные структурно-вещественные единицы (метаморфические серии) на основании комплексного

анализа петрографических, петрофизических, петрохимических и геохимических характеристик слагающих их горных пород;

- выявления геологической природы объектов, ответственных за интенсивные положительные магнитные аномалии в районе северной части гор Принс-Чарльз;

- определения современных пространственных соотношений между метаморфическими сериями, входящими в состав Биверского комплекса, в т.ч. и на закрытых льдом территориях, на основании геологических и аэромагнитных данных;

- определения первичных геологических соотношений между выделенными метаморфическими сериями;

- решения вопроса о принадлежности к Биверскому комплексу метаморфических толщ, развитых в смежном районе на восточном побережье залива Прюдс.

Защищаемые положения. В качестве основных выводов на защиту выносятся следующие положения:

1. В результате проведенного исследования в составе протерозойского Биверского метаморфического комплекса выделены и закартированы три серии метаморфических пород: серии Астрономов и Атос, представленные супракрусталь-ными толщами, и серия Портос, представленная преимущественно породами первично-плутонической природы. Выделенные серии характеризуются различными количественными соотношениями входящих в их состав петрографических типов пород, статистически достоверными различиями содержания ряда петрогенных и малых элементов между петрографически сходными породами, а также резко контрастными значениями магнитной восприимчивости горных пород. Горные породы серии Портос характеризуются в среднем на полтора порядка более высокими значениями магнитной восприимчивости (-20-10'3 ед.СИ), чем горные породы серий Астрономов и Атос (-0.5-10"3 ед. СИ).

2. Зоны интенсивных положительных магнитных аномалий в районе северной части гор Принс-Чарльз соответствуют областям преобладания сильномагнитных толщ серии Портос (и пространственно связанных с ними плутонов интрузивных чарнокитоидов), а зоны низкоаномального поля - областям развития слабомагнитных толщ серий Астрономов и Атос. Устойчивость и контрастность петромаг-нитных характеристик выделенных серий Биверского комплекса позволяет по аэромагнитным данным провести их картирование на закрытых льдом площадях.

3. Линейно-прерывистый характер аномального магнитного поля в северной части гор Принс-Чарльз, отражающий современное пространственное распределение ортогнейсовых толщ серии Портос, интерпретируется как следствие блоковых подвижек кристаллического фундамента. Гранитоидные протолиты ортог-нейсов серии Портос, ответственных за магнитные аномалии изучаемого района, первоначально были локализованы на значительной глубине и вероятно составляли широкий сплошной пояс. В результате многократных дизъюнктивных дис-

локаций произошел неравномерный подъем разных фрагментов кристаллического фундамента. Находившиеся в них сильномагнитные ортогнейсовые толщи заняли различное положение относительно современного эрозионного среза, что и предопределило характер аномального магнитного поля.

4. Супракрустальные толщи, обнажающиеся на восточном побережье залива Прюдс и в северной части гор Принс-Чарльз, характеризуются существенными петрографическими и петрохимическими отличиями, а также принципиально различными закономерностями распределения магнитной восприимчивости слагающих их горных пород. Эти различия служат новым аргументом в пользу того, что метаморфические толщи, обнажающиеся на восточном побережье залива Прюдс, не относятся к Биверскому комплексу.

Научная новизна. В результате проведенных исследований и ревизии ранее собранных отечественных геолого-геофизических материалов разработана новая схема разделения протерозойского Биверского метаморфического комплекса. На основе полученных петромагнитных данных проведена геологическая интерпретация аномального магнитного поля: определены геологические объекты, ответственные за магнитные аномалии, и в главных чертах установлены современные пространственные соотношения между метаморфическими толщами супракру-стальной и первично-плутонической природы. Объяснены особенности распределения магнетита в горных породах Биверского комплекса, определяющие контрастные петромагнитные различия между входящими в состав комплекса метаморфическими сериями. Получены новые петрофизические данные, свидетельствующие о принадлежности супракрустальных толщ северной части гор Принс-Чарльз и восточного побережья залива Прюдс к различным метаморфическим комплексам.

Практическая ценность работы. Разработанная схема разделения протерозойского Биверского метаморфического комплекса используется полевыми партиями Полярной Морской Геологоразведочной Экспедиции (ПМГРЭ) при выполнении картосоставительских геологических работ в изучаемом регионе. Полученные результаты позволяют оптимизировать отбор проб, анализируемых на петрогенные и малые элементы при проведении дальнейших картировочных работ. Показана эффективность полевых петрофизических исследований для выявления геологической природы магнитных аномалий в районах развития глубокометаморфизо-ванных гнейсовых комплексов. Методические приемы, разработанные в рамках настоящего исследования, применялись автором в ходе работ международной экспедиции "ЕвроШек" на хребте Шеклтона (внутриконтинентальная часть Антарктиды) и могут быть использованы при решении сходных задач в других регионах развития докембрийских метаморфических комплексов.

Фактический материал и личный вклад автора. В работе проанализирован и обобщен большой объем геологической информации, полученной российскими

исследователями в северной части гор Принс-Чарльз в ходе работ 32-35 Советских Антарктических Экспедиций (САЭ), при непосредственном участии автора в двух полевых сезонах. На образцах, отобранных в северной части гор Принс-Чарльз, автором и его коллегами выполнено более 2500 измерений магнитной восприимчивости и плотности горных пород, а также около 500 измерений остаточной намагниченности. Кроме того, выполнено более 1000 измерений магнитной восприимчивости непосредственно на обнажениях. В работе использованы данные силикатных анализов и аназизов на редкие и рассеянные химические элементы по 64 представительным образцам метаморфических пород. Изучено около 500 петрографических шлифов. Часть петрофизических материалов была предоставлена автору сотрудником ВИРГ В.М. Каулио.

В работе использованы результаты средне- и мелкомасштабных аэромагнитных съемок, сопровождавшихся радиолокационным зондированием толщины ледового покрова, проводившихся ПМГРЭ в северной части гор Принс-Чарльз в 31, 33 и 35 САЭ. Кроме того, были использованы результаты геологических наблюдений и петрофизических измерений, выполненных сотрудниками ПМГРЭ на побережье залива Прюдс в ходе работ 36 САЭ и 43 Российской Антарктической Экспедиции (РАЭ), а также проведенных автором на хребте Шеюттона во время полевых работ международной антарктической экспедиции "ЕвроШек".

Апробация работы и публикации. Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 7 печатных работах, изложены в трех производственных и двух тематических отчетах, представлялись в виде стендовых докладов на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Петрофизика рудных месторождений" (Ленинград, 1990), VIII Международном симпозиуме по геологии Гондваны (Хобарт, 1991), VI Международном симпозиуме по геологии Антарктики (Токио, 1991) и VII Международном симпозиуме по геологии Антарктики (Сиена, 1995).

Объем и структура работы. Работа состоит из введения, шести глав и заключения на 117 страниц машинописного текста и содержит 34 рисунка, 11 таблиц и список литературы, включающий 117 наименований.

Работа выполнена в отделе геологии и минеральных ресурсов Антарктики ВНИИОкеангеологии (г. Санкт-Петербург). Автор выражает глубокую признательность Н.Б. Дортман (ВСЕГЕИ) и E.H. Каменеву (ВНИИОкеангеология), на разных этапах осуществлявших научное руководство этой работой. Исследования по теме диссертации проводились в тесном сотрудничестве с В.М. Каулио (ВИРГ) и В.М. Михайловым (ВНИИОкеангеология). В ходе работы над диссертацией автор имел полезный обмен мнениями с Г.Э. Грикуровым, Г.Л. Лейченковым, Р.Г. Курининым, Т.В. Сергеевой, A.B. Голынским, C.B. Крутиковой (ВНИИОкеангеология), A.A. Лайбой, Л.В. Федоровым, А.Ю. Казанковым (ПМГРЭ), Э.В. Та-бунсом (СПбГУ) и Ф. Таларико (Университет города Сиена, Италия). Большая техническая помощь при подготовке графики была оказана Н.Е. Занегиной и Л.Н.

Романовой (ВНИИОкеангеология). Всем вышеуказанным лицам автор выражает искреннюю благодарность.

Глава 1.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА БИВЕРСКОГО КОМПЛЕКСА, ЕГО ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКАЯ ИЗУЧЕННОСТЬ И ПОЛОЖЕНИЕ В СТРУКТУРЕ ВОСТОЧНО-АНТАРКТИЧЕСКОГО КРАТОНА

Протерозойский Биверский метаморфический комплекс развит в северной части гор Принс-Чарльз, входящих в горное обрамление ледника Ламберта - одну из самых крупных горных стран антарктического континента. Первые рекогносцировочные геологические работы в этом регионе были проведены во второй половине 50-х годов австралийские исследователями. В конце 60-х - начале 70-х годов мелкомасштабные региональные геологические съемки почти одновременно были проведены австралийскими и российскими экспедициями. Отечественные исследования этого периода включали также и широкий комплекс геофизических работ, в частности, региональную аэромагнитную съемку масштаба 1 : 2 500 ООО. Общее руководство работами осуществляли Д.С. Соловьев и В.Н. Масолов.

Современный этап геолого-геофизического изучения региона начался в 1982 году. Российскими исследователями в течение этого этапа были составлены геологические карты на большую часть региона, приближающиеся по нагрузке к картам масштаба 1:200 000 - 1:500 000. Была проведена новая аэромагнитная съемка всего региона в масштабе 1:500 000 и ряд других геофизических исследований. В северной части гор Принс-Чарльз в разные полевые сезоны геологические работы возглавляли М.М. Поляков, Л.В. Федоров, A.A. Лайба, В.М. Михайлов и H.H. Красников, а аэромагнитные съемки - A.C. Щеринов, B.C. Волнухин и А.Ю. Казанков. С начала 80-х годов возобновили работы в регионе и австралийские геологи, которые, в основном, проводят геохронологические, термобарометрические и структурно-геологические исследования на небольших ключевых участках.

Биверский метаморфический комплекс состоит, главным образом, из разнообразных орто- и парагнейсов и плагиогнейсов, а также продуктов их ультраметаморфизма: мигматитов и теневых гранитов. Все вместе они составляют около 90% объема комплекса. Преобладают биотитовые, гранат-биотитовые, гиперстеновые и двупироксеновые гнейсы и плагиогнейсы, отмечаются также силлиманит* и кордиеритсодержащие разновидности. Подчиненную роль в составе комплекса (не более 10% его объема) играют амфиболиты и кристаллические сланцы основного состава (чаще всего, амфибол-пироксен-плагиокпазовые и биотит-амфибол-пироксен-гтлагиоклазовые). Все остальные разновидности метаморфиче-

ских пород (кальцифиры, кварциты и некоторые другие) составляют около 1% от общего объема комплекса.

Геологические проблемы, связанные с Биверским комплексом, следует рассматривать в региональном контексте, поэтому необходимо коротко коснуться вопросов тектонического районирования и эволюции земной коры всего региона ледника Ламберта. Геологическое строение этого региона определяется наличием двух разновозрастных структурных планов - древнего, формирование которого завершилось в раннем палеозое, и молодого мезокайнозойского, резко секущего по отношению к первому.

Древний структурный план региона представляет область сочленения нескольких архейских протократонных блоков (Южно-Ламбертского - на юге, Вест-фолльского и Нейпирского - на севере), разделенных позднепротерозойским Ве-генер-Моусоновским подвижным поясом. Сам подвижный пояс в регионе ледника Ламберта имеет весьма сложную внутреннюю структуру и по особенностям исходного состава и метаморфических преобразований слагающих его пород может быть разделен на три структурно-вещественные зоны - Биверскую, Фишер-скую и Ламбертскую (с севера на юг), в пределах каждой из которых развиты одноименные метаморфические комплексы. Согласно представлениям, развиваемым E.H. Каменевым, Биверская и Ламбертская зоны рассматриваются как зоны протерозойской переработки северных и южного, соответственно, архейских протократонных блоков, а Фишерская зона - как своего рода граничный шов между ними. Тектоническое положение этих зон остается дискуссионным, но в рамках коллизионных моделей полагается, что в рейнерскую (гренвильскую) эпоху около 1 млрд. лет назад здесь произошла коллизия древних континентальных блоков.

Наиболее интенсивно рейнерское тектоно-термальное событие в пределах рассматриваемого региона проявлено в Биверской структурно-вещественной зоне. Рейнерская тектоно-термальная переработка, охватившая Биверский комплекс во всем его объеме, выразилась в среднебарическом гранулитовом метаморфизме и интенсивных деформациях слагающих его пород, а также внедрении плутонов интрузивных чарнокитоидов. Пиковые условия метаморфизма в рейнерскую эпоху достигали Р = 6,5-7 кбар иТ = 800-830° С.

В дальнейшем Биверский комплекс еще дважды (около 800 млн. лет назад и около 500 млн. лет назад) подвергался тектоно-термальным переработкам, однако условия повторного метаморфизма и интенсивность деформаций горных пород были ниже, чем во время рейнерского события. В начале палеозоя регион, как и вся Восточная Антарктида, стабилизировался и окончательно вступил в период кратонного развития. В перми - раннем триасе на древнем кристаллическом фундаменте отложилась терригенно-осадочная толща, фрагмент которой сохранился в северной части гор Принс-Чарльз в грабене озера Бивер.

Молодой структурный план, резко секущий по отношению к древнему, сфор-

мировался в позднем мезозое - кайнозое тектоническими процессами, связанными с распадом Гондваны. В рассматриваемом регионе эти процессы проявлены, прежде всего, в формировании рифтовой зоны ледника Ламберта, включаюшей в себя главную субмеридиональную грабенообразную структуру, протянувшуюся вглубь континента более чем на 650 км, и ряд побочных грабенов, крупнейшими из которых являются грабены ледников Фишер и Карибдис. Процесс формирования рифтовой зоны сопровождался активным поднятием ее западного борта, что, собственно, и привело к воздыманию гор Принс-Чарльз.

Глава 2.

ОСНОВНЫЕ ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ, СВЯЗАННЫЕ С БИВЕРСКИМ КОМПЛЕКСОМ

Несмотря на огромный объем геолого-геофизической информации, имеющейся по северной части гор Принс-Чарльз, многие вопросы геологии этого района остаются нерешенными или остродискуссионными. Одним из них является вопрос о разделении развитого здесь Биверского метаморфического комплекса на более дробные структурно-вещественные единицы. Практически все геологи, работавшие в северной части гор Принс-Чарльз, отмечали, что здесь, как и во многих других районах развития глубокометаморфизованных докембрийских комплексов, выделяются ортогнейсовые и парагнейсовые толщи (среди которых преобладают, соответственно, либо гиперстенсодержащие, либо глиноземистые гранат-содержащие гнейсы), однако картирование этих толщ производилось совершенно по-разному. Так, на четырех геологических картах северной части гор Принс-Чарльз, составленных в 1964, 1978, 1991 и 1998 годах различными группами российских и австралийских геологов, площади развития орто- и параметаморфиче-ских толщ не совпадали даже в самых общих чертах.

Совершенно различными бьши и представления о первичных (т.е. имевших место до этапа рейнерского гранулитового метаморфизма) структурных соотношениях протолитов орто- и параметаморфических пород, входящих в состав Биверского комплекса. Начиная с 70-х годов большинство отечественных исследователей вслед за М.Г. Равичем и др. склонялось к мнению, что ортогнейсовые толщи изучаемого района, выделенные как серия Рейнболт, являются древним фундаментом, на котором отложился осадочный чехол, ныне представленный параме-таморфическими толщами, выделенными как серия Ларсеманн. В конце 80-х годов H.H. Красников, наоборот, стал рассматривать толщи серии Ларсеманн в качестве древнего складчатого фундамента, а толщи серии Рейнболт - в качестве излившихся на его поверхность покровов базальтов, впоследствие гранитизиро-ванных и метаморфизованных вместе с породами фундамента в условиях грану-

литовой фации. В 90-е годы несколько групп австралийских геологов (Н. Мункс-гаард и др., Дж. Шератон и др., И. Фитцсимонс и Д. Гост), опираясь главным образом на геохимические данные, пришли к выводу, что протолитами гиперстен-содержащих ортогнейсов, слагающих мощные толщи в северной части гор Принс-Чарльз, были гранитоиды, сформировавшиеся в обстановке активной континентальной окраины и внедрившиеся в раму, представленную ныне парагней-совыми толщами изучаемого района. Таким образом, взгляды разных исследователей на первичные структурные соотношения орто- и параметаморфических толщ Биверского комплекса, как и представления об их современном пространственном распределении, были крайне противоречивыми и взаимоисключающими.

Второй нерешенной проблемой, связанной с Биверским метаморфическим комплексом, была проблема геологической природы магнитных аномалий, зарегистрированных аэромагнитными съемками в районе его развития (Рис. 1). Характерной особенностью аномального магнитного поля района северной части гор Принс-Чарльз является наличие интенсивных (до 900 нТл) площадных положительных аномалий, вытянутых в субширотном - восток-северо-восточном направлении. Их ширина обычно составляет от 10 до 40 км, а протяженность может достигать 100 км и более. Положительные аномалии разделены обширными полями околонулевого или отрицательного аномального магнитного поля, интенсивность которого местами достигает -200 нТл. Столь выразительные магнитные аномалии должны быть обусловлены присутствием какой-то группы пород, резко выделяющейся по сравнению с вмещающими высокой намагниченностью.

Уже в ходе самых первых петрофизических измерений, проведенных российскими исследователями в 70-е годы, было отмечено, что магнитная восприимчивость интрузивных чарнокитоидов и пород, относимых к ортометаморфической серии Рейнболт, обычно на один-два порядка выше, чем магнитная восприимчивость пород, относимых к параметаморфической серии Ларсеманн. Казалось, это открывало возможность интерпретировать зоны интенсивных положительных площадных магнитных аномалий как площади распространения пород серии Рейнболт или интрузивных чарнокитоидов, а зоны с околонулевым или отрицательным аномальным магнитным полем - как площади распространения пород серии Ларсеманн. Тем не менее, такой вариант интерпретации, по-существу, не применялся, и площади развития ортометаморфических толщ серии Рейнболт, как они были показаны на российских геологических картах, в целом не совпадали с площадями, над которыми были зарегистрированы интенсивные положительные магнитные аномалии.

Причина, по которой подмеченному различию в магнитной восприимчивости между породами двух серий не придали должного внимания, заключалась в том, что сам факт этого различия не считался достаточно надежно установленным. Во-

первых, коллекция образцов, на которых производились петрофизические измерения, была недостаточно представительной: она включала только 180 образцов и была отобрана неравномерно по площади. Во вторых, среди пород серии Рейн-болт часто отмечались слабомагнитные разности, а среди пород серии Ларсеманн - сильномагнитные, и наличие таких отклонений без точного учета их количественной роли вносило серьезные сомнения в возможность однозначной корреляции между аномалиями магнитного поля и площадями развития серий Рейнболт и Ларсеманн. И, наконец, в-третьих, оставались неясными первопричины выявленного различия в магнитной восприимчивости двух серий, что делало намеченную закономерность чисто эмпирической, и уже в силу одного этого недостаточно убедительной.

Попытки установить геологическую природу магнитных аномалий района северной часта гор Принс-Чарльз возобновились во второй половине 80-х годов в связи с проведением среднемасштабных аэромагнитных съемок. Однако они, несмотря на использование ЭВМ при обработке аэромагнитных данных, не увенчались успехом, и был даже сделан пессимистический вывод об "отсутствии сколько-нибудь убедительных доказательств наличия пространственных корреляционных связей между структурно-вещественными комплексами кристаллического докембрия и морфоструктурой аномального магнитного поля".

Остается дискуссионной и проблема площадного распространения Биверского комплекса. Метаморфические толщи, в первом приближении сходные по набору пород и условиям метаморфизма, обнажаются во многих смежных с северной частью гор Принс-Чарльз районах: на восточном побережье залива Прюдс и вдоль восточного борта ледника Эймери, в северной части Уступа Моусона и в горах Гров, в центральной части гор Принс-Чарльз (к северу от 72°40' ю.щ.), а также на редких нунатаках, расположенных к северу от гор Принс-Чарльз в сторону побережья Земли Мак-Робертсона. Первоначально метаморфические толщи, обнажающиеся во всех вышеназванных районах и в самой северной части гор Принс-Чарльз, относились к одному и тому же метаморфическому комплексу. Российские исследователи относили их к вышеупоминавшимся сериям Рейнболт и Ларсеманн, а австралийские - объединяли в условно единую группу "позднепротеро-зойские метаморфиты".

Позднее представление о принадлежности метаморфических толщ всех вышеназванных районов к одному и тому же комплексу стало пересматриваться. В рамках коллизионных моделей рейнерского текгоно-термального события (-1000 млн. лет назад) области, расположенные к северу и к югу от Фишерской структурно-вещественной зоны стали рассматриваться как части различных протокра-тонных блоков. Из этого следовало, что обнажающиеся в их пределах метаморфические толщи, несмотря на сходство условий метаморфизма и набора состав-

ляющих их пород, заведомо должны относится к разным метаморфическим комплексам (Биверскому и Ламбертскому).

В настоящее время наиболее остродискуссионным остается вопрос о восточном ограничении Биверского комплекса. В последние годы было показано, что в раннем палеозое (около 500 млн. лет назад) метаморфические толщи, обнажающиеся на восточном побережье залива Прюдс, испытали метаморфизм гранулитовой фации. Некоторые иностранные исследователи стали рассматривать этот район не как фрагмент позднепротерозойского подвижного пояса, протянувшегося вдоль побережья всей Восточной Антарктиды, а как часть отдельного раннепалеозой-ского (росского) подвижного пояса. В этой связи ранее господствовавшее представление о том, что метаморфические толщи восточного побережья залива Прюдс являются латеральным продолжением метаморфических толщ северной части гор Принс-Чарльз, подвергается серьезному сомнению, однако эта проблема остается открытой, и для ее решения могут оказаться полезными любые дополнительные аргументы.

Глава 3.

НОВАЯ СХЕМА РАЗДЕЛЕНИЯ БИВЕРСКОГО КОМПЛЕКСА

Противоречивость результатов геологического картирования, выполненного в северной части гор Принс-Чарльз разными исследователями, обусловлена не только очень сложным геологическим строением изучаемого района и разрозненностью свободных ото льда горных выходов, но и рядом особенностей проведения геологических работ в этом регионе и в Антарктиде в целом. Экспедиции в Антарктиду, особенно в ее удаленные от побережья внутренние районы, остаются очень дорогостоящими и организационно сложными мероприятиями, и поэтому российские полевые группы, проводившие геологические съемки в северной части гор Принс-Чарльз, стремились прежде всего к максимальному охвату территорий, еще совсем недавно являвшихся "белыми пятнами" не только на геологических, но и на географических картах.

В ходе проведенной работы был собран огромный фактический материал, и задача максимально возможного охвата территории была решена, но в какой-то мере это было сделано в ущерб детальным исследованиям, которые на метаморфических толщах Биверского комплекса практически не проводились. К тому же, большая часть изучаемого района была исследована авиадесантным методом, позволяющим выполнить лишь беглый осмотр посещаемых нунатаков с отбором ограниченного количества образцов. Другой особенностью проведения геологических исследований в северной части гор Принс-Чарльз являлось то, что в силу

глиноземистых гнейсов, на 15% - из биотитовых гнейсов, на 25% - из теневых гранитов и на 20% - из кристаллических сланцев основного состава;

- супракрустальная (метаосадочная) серия Атос, развитая в западной и северной частях изучаемого района, и состоящая примерно на 75% из глиноземистых гнейсов, на 10% - из гиперстенсодержащих гнейсов и на 15% - из теневых гранитов (биотитовые гнейсы и основные кристаллосланцы, широко представленные в составе серии Астрономов в составе серии Атос практически отсутствуют);

- первично-плутоническая серия Портос, фрагментарно развитая по всей площади изучаемого района и состоящая примерно на 50% из гиперстеновых гнейсов, на 10% - из биотитовых и биотит-амфиболовых гнейсов, на 30% - из теневых гранитов и на 10% - из кристаллических сланцев основного состава.

Средние значения магнитной восприимчивости горных пород составляют 0,66-10'3 ед. СИ для серии Астрономов, 0,44-10"3 ед. СИ - для серии Атос и 19,9-Ю"3 ед. СИ - для серии Портос. Значения плотности не обнаруживают систематических различий, которые могли бы быть использованы в качестве критерия при расчленении Биверского комплекса, и составляют в среднем 2,76 г/см3, 2,71 г/см3 и 2,72 г/см3 для серий Астрономов, Атос и Портос, соответственно.

Разделение Биверского комплекса на три серии, основанное на комплексном использовании петромагнитных данных и традиционной геологической информации (полевых наблюдений и петрографических описаний), нашло также подтверждение и по петрохимическим и геохимическим характеристикам. Так, было установлено, что:

- гнейсы супракрустальных серий Астрономов и Атос образуют две геохимически различных совокупности, отличающиеся по содержаниям TÍO2, РегОз, FeO, CaO, MgO, К20, Mn, V, Ве и Сг, что подтверждает объективность выделения двух серий. Положение фигуративных точек на дискриминационной диаграмме Нематова (AJ2O3 - Na2C>+K.20+2Ca0 - MgO+FeO') и высокие значения коэффициента насыщения глиноземом ASI (>1,1) подтверждают предположение об их преимущественно первично-осадочной природе;

- кристаллические сланцы серий Астрономов и Портос также образуют две геохимически различных совокупности, отличающиеся по содержаниям К20, Na;¡0, Р2О5, Ва, V (а также очень близко к статистической достоверности - по содержаниям Nb, Сг и Yb). Кроме того, фигуративные точки основных кристаллических сланцев двух сравниваемых серий образуют отчетливо различающиеся совокупности на дискриминационных диаграммах Муллена (МПО-ТЮ2-Р2О5) и Пирса-Канна (Y-Zr-TiCh). Это подтверждает предположение о том, что протолиты этих пород относились к различным вещественным формациям, правда, и те, и другие, судя по положению фигуративных точек на дискриминацонной диаграмме Муана-де ля Роша (Fe+Al+Ti - Ca+Mg) имеют магматогенную природу;

- гнейсы серии Портос имеют первично-магматогенную природу, на чтс указывают низкие значения ASI (-1,0) и положение фигуративных точек на диаграмме Нематова. В составе гнейсов серии Портос наметилось разделение на низкощелочную (Na20 + К2О = 4,ЗН4,89%) и субщелочную (Na:¡0 + К20 = 6,63-^8,98%) подгруппы, различающиеся прежде всего по содержанию KjO, а также (статистически достоверно) по содержаниям CaO, FeO, MgO, ТЮ2, Р2О5, Be, Se, Mn, V, Сг, Со, Ni, Nb, Ba, У и Yb. Это указывает на наличие, по крайней мере, двух фаз внедрения дорейнерских гранитоидов, являющихся протолитами ортогнейсов серии Портос.

Наличие двух геохимических подгрупп среди гиперстеновых ортогнейсов северной части гор Принс-Чарльз отмечалось также и австралийскими исследователями. Они показали, что протолиты ортогнейсов обеих подгрупп, по геохимическим характеристикам близки к гранитоидам активных континентальных окраин. К сожалению, набор химических элементов, анализировавшихся в образцах из отечественных коллекций, оказался недостаточным, чтобы независимо проверить этот вывод. Однако, предположение о формировании гранитоидных протолитов гнейсов серии Портос в обстановке континентальной окраины согласуется с характером распределения значений магнитной восприимчивости в горных породах метаморфических серий Биверского комплекса. На этом необходимо остановиться подробнее, предварительно отметив, что резкие петромагнитные различия между метаморфическими сериями Биверского комплекса определяются обильным (обычно около 2-3%) присутствием акцессорного магнетита в породах первично-плутонической серии Портос и практически полным отсутствием этого минерала в породах супракрустальных серий Астрономов и Атос.

Специально проведенный анализ литературных данных по поведению магнетита в метаморфических процессах показал, что этот минерал является неустойчивым в условиях метаморфизма зеленосланцевой фации. Именно поэтому глубо-кометаморфизованные супракрустальные породы в общем случае лишены магнетита - этот минерал, если он и был в протолитах супракрустальных пород (например, в вулканитах основного состава), исчезает еще на ранних этапах метаморфизма и в дальнейшем при прогрессивном метаморфизме не регенерируется. Исключение составляют лишь супракрустальные образования с необычным химическим составом (например, джеспилиты и метаморфизованные коры выветривания) или же, в некоторых случаях, глубокометаморфизованные супракрустальные породы, подвергшиеся интенсивным наложенным метасоматическим процессам. Таким образом, слабая магнитность метаморфических пород серий Астрономов и Атос, в том числе и основных кристаллических сланцев, хорошо согласуется с их супракрустальной природой.

Характер распределения магнетита в глубокометаморфизованных породах первично-плутонического генезиса совсем иной. Кристаллизуясь на большой глуби-

организационных причин разные его участки изучались в разные годы разными группами геологов, и таким образом, при составлении сводных геологических карт отсутствовал "единый взгляд на вещи". В этой ситуации автор пришел к пониманию необходимости проведения полной ревизии всех имеющихся в наличии геологических материалов по этому району с целью составления новой откорректированной геологической карты.

Прежде всего по полевым дневникам и петрографическим описаниям шлифов были тщательно отбракованы все образцы, представительность которых вызывала сомнения (т.е. образцы, отобранные из приконтактовых зон, небольших прослоев и линз нетипичных пород, зон трещиноватости и т.п.). Затем были заново рассчитаны количественные соотношения главных петрографических типов горных пород для каждого изолированного обнажения или группы близко расположенных обнажений. Кроме того, раздельно для каждой петрографической разновидности были составлены вспомогательные карты распространения на всей изучаемой площади. Таким образом, была получена максимально точная, насколько это возможно, картина количественного соотношения и пространственного распределения различных типов горных пород Биверского комплекса.

Поскольку предыдущие попытки разделения метаморфических толщ Биверского комплекса, основанные главным образом на полевых и петрографических наблюдениях, не приводили к однозначным результатам, было принято решение попробовать использовать для этой цели еще и петрофизические параметры (магнитную восприимчивость и плотность). В отношении магнитной восприимчивости такой подход оказался продуктивным, и толщи метаморфических пород отчетливо разделились на сильно- и слабомагнитные, различающиеся по магнитной восприимчивости слагающих их пород на один-два порядка.

Что оказалось совершенно неожиданным, высокая и низкая магнитность горных пород Биверского комплекса не контролируется ни общим содержанием железа, ни количеством темноцветных минералов, ни петрографическим типом пород как таковым. Иными словами, даже одноименные с петрографической точки зрения породы (например, биотитовые гнейсы, гиперстенсодержащие плагиог-нейсы или пироксен-плагиоклазовые кристаллические сланцы) характеризуются высокой магнитной восприимчивостью в сильномагнитных толщах и низкой - в слабомагнитных. Такой характер распределения значений магнитной восприимчивости в метаморфических породах Биверского комплекса (а, по-существу, характер распределения в них магнетита) не может быть обусловлен случайными причинами, а должен отражать существенные различия в генезисе или эволюции пород, входящих в состав сильно- и слабомагнитных толщ.

Дальнейший анализ показал, что характерной чертой сильномагнитных толщ является присутствие гиперстенсодержащих гнейсов. Чаще всего они доминируют в количественном отношении, а в случаях интенсивного проявления наложен-

ных процессов, маскирующих первичный состав толщи, практически всегда присутствуют среди наименее измененных разновидностей. В составе слабомагнитных толщ гиперстенсодержащие гнейсы, напротив, либо полностью отсутствуют, либо, если и присутствуют, то в подчиненном количестве - в виде отдельных слоев среди резко преобладающих в разрезе глиноземистых гнейсов.

Таким образом, высокая магнитная восприимчивость горных пород оказалась свойственной толщам, которые всеми исследователями рассматриваются как ор-тометаморфические (в которых гиперстенсодержащие гнейсы либо преобладают, либо предположительно преобладали до воздействия интенсивных наложенных процессов). Низкая же магнитная восприимчивость горных пород оказалась характерным свойством толщ, которые имеют супракрустальную природу.

Подобная закономерность, как уже говорилось в главе 2, была подмечена еще в 70-е годы, однако тогда она не считалась достаточно надежной. Теперь же, эта закономерность была достоверно подтверждена на гораздо более обширном и доказательном материале - 864 образцах, прошедших тщательный предварительный контроль на их представительность и отобранных по всей площади изучаемого района. Магнитная восприимчивость горных пород оказалась, таким образом, эффективным дополнительным критерием, позволившим с учетом данных полевых и петрографических наблюдений более надежно, чем это делалось ранее, наметить на карте участки развития ортометаморфических и супракрустальных (преимущественно параметаморфических) толщ.

Дальнейший анализ площадного распределения петрографических типов горных пород позволил разделить супракрустальные толщи на две вещественных формации: метаосадочно-вулканогенную, развитую в юго-восточной части исследованного района, и метаосадочную, развитую во всей остальной его части. Первоначальным основанием для такого разделения послужил тот факт, что мощные пачки кристаллических сланцев основного состава, протолитами которых, вероятно, были основные вулканиты, отмечаются в супракрустальных толщах исследуемого района только в его юго-восточной части. Конечно, одного этого факта еще недостаточно для разделения изучаемых супракрустальных толщ на две формации, но, как оказалось, супракрустальные толщи двух выделившихся областей существенно различаются по набору и количественным соотношениям петрографических разновидностей гнейсов и плагиогнейсов.

В конечном итоге, в составе Биверского комплекса было выделено три вещественных формации (метаморфических серии), которым во избежание путаницы с ранее выделявшимися сериями Рейнболт и Ларсеманн были присвоены названия по местным географическим объектам (горам Астрономов и хребтам Атос и Пор-тос):

- супракрустапьная (метаосадочно-вулканогенная) серия Астрономов, развитая в юго-восточной части изучаемого района и состоящая примерно на 40% из

не и подвергаясь затем метаморфизму в условиях амфиболитовой и гранулитовой фаций (в этих условиях магнетит является стабильной фазой), эти породы сохраняют магнетит, если он в них изначально был. Если же первичные плутонические породы не содержали магнетит, то этого минерала не будет и в образующимся по ним ортометаморфическим породам, поскольку он крайне редко возникает в ходе прогрессивного регионального метаморфизма. Поэтому ортометаморфические толщи, как правило, состоят либо практически из одних сильномагнитных, либо -из одних слабомагнитных пород, в зависимости от присутствия или отсутствия магнетита в их протолитах (если, конечно, общая картина не была существенно искажена наложенными мегасоматическими процессами, которые могут приводить как к исчезновению, так и к новообразованию магнетита). В случае ортог-нейсов серии Портос, характеризующихся устойчиво высокой магнитной восприимчивостью, можно с большой долей уверенности утверждать, что обильное присутствие акцессорного магнетита было свойственно и гранитоидным протолитам этих пород.

Известно, что гранитоиды, образующиеся в условиях активных континентальных окраин обычно содержат значительные количества акцессорного магнетита и характеризуются высокой магнитной восприимчивостью. Таким образом, сильномагнитная природа ортогнейсов серии Портос хорошо согласуется с выводом австралийских геологов, о том, что протолитами этих пород были гранитоиды сформировавшиеся в условиях активной континентальной окраины. В дальнейшем эти гранитоиды вместе с вмещающими породами подверглись рейнерской и всем последующим тектоно-термапьным переработкам, чрезвычайно изменившим облик и пространственные соотношения всех первичных структурно-вещественных формаций.

Примечательно, что характер распределения магнетита в метаморфических породах Биверского комплекса аналогичен характеру распределения магнетита в неметаморфизованных или слабометаморфизованных плутонических и супракру-стальных породах некоторых фанерозойских активных континентальных окраин. Так, на Антарктическом полуострове широкое развитие имеют позднемезозой-ские плутонические породы (преимущественно гранитоиды), для которых характерно присутствие магнетита и высокая магнитная восприимчивость. Вмещающими по отношению к этим плутоническим породам, образовавшимся в условиях активной континентальной окраины, являются осадочные породы различных палеозойских и мезозойских формаций, практически полностью лишенные магнетита и других магнитных минералов и характеризующихся низкой магнитной восприимчивостью.

В завершение следует отметить, что выявленные петромагнитные различия между метаморфическими сериями Биверского комплекса являются хотя и очень резкими, но все же не абсолютно строгими. В составе сильномагнитной серии

Портос отмечаются слабомагнитные разности (с магнитной восприимчивостью менее МО'3 ед. СИ), и наоборот, в составе слабомагнитных серий Астрономов и Атос изредка встречаются средне- и даже сильномагнитные породы (с магнитной восприимчивостью в диапазоне 1-10-10'3 ед. СИ и более 1010"3 ед. СИ, соответственно). Однако анализ таких отклонений от общего правила показал, что почти во всех случаях они объясняются действием наложенных процессов, и уже на уровне крупных обнажений этими отклонениями можно пренебречь.

Глава 4.

ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ АЭРОМАГНИТНЫХ СЪЕМОК В СЕВЕРНОЙ ЧАСТИ ГОР ПРИНС-ЧАРЛЬЗ

Из результатов петрофизических исследований, о которых говорилось в предыдущей главе, логически вытекает предположение, что общий рисунок аномального магнитного поля в районе северной части гор Принс-Чарльз предопределяется пространственным распределением сильномагнитных пород серии Портос и слабомагнитных пород серий Астрономов и Атос. Тем не менее, для однозначной геологической интерпретации характерных для изучаемого района площадных положительных магнитных аномалий необходимо предварительно выяснить: во-первых - существуют ли в рассматриваемом районе какие-либо другие, имеющие широкое развитие группы сильномагнитных пород кроме гнейсов и кристаллических сланцев серии Портос; во-вторых - в какой мере остаточная намагниченность сильномагнитных пород изучаемого района влияет на характер магнитных аномалий.

Измерениями на образцах было установлено, что высокие значения магнитной восприимчивости характерны не только для пород серии Портос, но и для некоторых встречающихся в изучаемом районе интрузивных образований. Из них широко распространены только позднепротерозойские интрузивные чарнокитоиды, пространственно всегда ассоциирующие с выходами толщ серии Портос, и, вероятно, генетически с ними связанные. Среднее значение магнитной восприимчивости интрузивных чарнокитоидов (34 представительных образца) составляет 17,5-10'3 ед. СИ. Общий объем всех остальных сильномагнитных интрузивных образований очень незначителен, и они не могут оказать влияния на картину аномального поля, регистрируемую аэромагнитной съемкой.

Что касается остаточной намагниченности сильномагнитных пород изучаемого района, то ее влияние на характер магнитных аномалий также несущественно. Как правило, она намного меньше индуцированной намагниченности: среднее значение фактора С5 (отношения остаточной намагниченности к индуцированной) для пород серии Портос составляет 0,34 (73 измерения), а для интрузивных чар-

нокитоидов - 0,43 (3 измерения). Остаточная намагниченность имеет вязкую природу, и ее вектор обычно направлен почти так же, как и вектор индуцированной намагниченности (то есть, по направлению современного магнитного поля).

Из вышесказанного следует, что все интенсивные положительные аномалии, зарегистрированные в северной части гор Принс-Чарльз в ходе среднемасштаб-ной аэромагнитной съемки, обусловлены толщами пород серии Портос и пространственно связанными с ними плутонами интрузивных чарнокитоидов. Справедливо и обратное - все значительные толщи серии Портос и плутоны интрузивных чарнокитоидов должны быть хорошо выражены в магнитном поле положительными аномалиями. Зоны околонулевого или отрицательного аномального магнитного поля должны интерпретироваться, как области, в пределах которых толщи серии Портос и плутоны интрузивных чарнокитоидов отсутствуют. Кристаллический фундамент в пределах таких участков, во всяком случае в своей верхней части, которая может оказывать влияние на характер регистрируемого аэромагнитной съемкой аномального поля, должен быть сложен толщами серий Астрономов и Атос. Таким образом, результаты аэромагнитной съемки позволяют проследить распространение важнейших структурно-вещественных формаций изучаемого района на закрытых ледовым покровом территориях, что и было проделано в рамках настоящей работы (Рис. 2).

Аномальное магнитное поле в северной части гор Принс-Чарльз имеет весьма необычный линейно-прерывистый характер, и сколь-либо правдоподобное с геологической точки зрения объяснение современному пространственному распределению аномалиеобразующих тел (ортогнейсовых толщ серии Портос) найти трудно, если считать, что в настоящее время оно близко к первичному. Гранито-идные батолиты типичных континентальных окраин обычно образуют широкие пояса, а не выстраиваются в столь сложном порядке, как аномалиеобразующие тела рассматриваемого района.

Тем не менее, существующее в настоящее время пространственное распределение ортогнейсовых толщ серии Портос легко объяснимо блоковыми подвижками кристаллического фундамента. Протолиты ортогнейсов серии Портос сразу после своего внедрения, вероятно, составляли широкий пояс, как и гранитоидные батолиты на большинстве современных активных континентальных окраин, при этом они были локализованы на значительной глубине, а выше над ними располагались вмещающие супракрустальные толщи. В дальнейшем, их первичные пространственные соотношения неоднократно нарушались: интенсивные плика-тивные дислокации предопределили очень сложную современную форму поверхности, разделяющей породы первично-плутонической серии Портос и породы супракрустальных серий Астрономов и Атос, а дизъюнктивные дислокации привели к неравномерному подъему различных фрагментов кристаллического фундамента.

Те фрагменты кристаллического фундамента, которые в результате многократных разновозрастных дизъюнктивных дислокаций, оказались, в конечном счете, наиболее поднятыми (а значит, и наиболее эродированными), в современном эрозионном срезе представлены толщами серии Портос и плутонами интрузивных чарнокитоидов. Такие области (например, хребет Портос) характеризуются интенсивными положительными магнитными аномалиями.

Фрагменты кристаллического фундамента, приподнятые (и эродированные) в несколько меньшей мере, в современном эрозионном срезе представлены в том или ином соотношении как толщами серии Портос, так и толщами серий Астрономов и Атос. Такие области (например, горы Астрономов и горы Космонавтов) также характеризуются положительными магнитными аномалиями, правда, несколько меньшей интенсивности, чем в предыдущем случае.

И наконец, наименее приподнятые (и наименее эродированные) фрагменты фундамента представлены в современном эрозионном срезе только толщами серий Астрономов и Атос. Такие области (например, хребет Атос) характеризуются низкоаномальным магнитным полем. Толщи серии Портос и плутоны интузив-ных чарнокитоидов могут находиться в пределах таких фрагментов на значительных глубинах, где они уже не оказывают существенного влияния на характер аномального магнитного поля, регистрируемого аэромагнитной съемкой.

Глава 5.

ПЕТРОМАГНИТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ТОЛЩ РАЙОНА ХОЛМОВ ЛАРСЕМАНН В СВЕТЕ ПРОБЛЕМЫ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ГРАНИЦ БИВЕРСКОГО КОМПЛЕКСА

В течение долгого времени глубокометаморфизованные толщи, обнажающиеся вдоль восточного борта ледника Эймери и на восточном побережье залива Прюдс, считались эквивалентами метаморфических толщ северной части гор Принс-Чарльз. Примечательно, что даже названия серий Рейболт и Ларсеманн, выделенных российскими геологами на раннем этапе исследования региона, были даны по наименованиям географических объектов, расположенных не в северной части гор Принс-Чарльз, а в восточном борту ледника Эймери (холмы Рейнболт) и на восточном побережье залива Прюдс (холмы Ларсеманн).

В последние годы это представление подвергается кардинальному пересмотру. Район восточного побережья залива Прюдс стал рассматриваться многими исследователями как фрагмент вновь выделяемого в этом регионе раннепалеозойского подвижного пояса, а некоторые австралийские геологи (например, И. Фитцси-монс) пришли к выводу, что протолиты обнажающихся здесь параметаморфиче-ских пород, вероятно отложились в период между рейнерским I ООО млн. лет

назад) и росским (-500 млн. лет назад) тектоно-термальными событиями. Из этого следует, что эти породы заведомо не могут быть эквивалентами параметамор-фических пород северной части гор Принс-Чарльз, протолиты которых образовались задолго до рейнерского метаморфизма. Вместе с тем, сами авторы этой точки зрения отмечают, что имеющихся на данный момент геохронологических, структурно-геологических и геохимических данных пока недостаточно для однозначного решения данной проблемы. В этой связи любая независимая информация, свидетельствующая о каких-либо различиях между параметаморфическими толщами, развитыми в северной части гор Принс-Чарльз и на восточном побережье залива Прюдс, представляет особый интерес.

Геологические исследования, проведенные в 36 САЭ и 43 РАЭ в районе холмов Ларсеманн на восточном побережье залива Прюдс, показали, что обнажающиеся здесь параметаморфические толщи существенно отличаются от параметаморфи-ческих толщ северной части гор Принс-Чарльз отсутствием кальцифиров и значительно большей общей глиноземистостью гнейсов. Наиболее выразительным отличием параметаморфических толщ района холмов Ларсеманн является широкое развитие (не менее 10% от общего объема толщи) очень специфичной группы пород, названной "синими гнейсами", которые примерно на две трети представлены биотит-кордиеритовыми гнейсами, и на одну треть силлиманит-биотит-кордиеритовыми меланогнейсами и кристаллическими сланцами.

Петрофизические измерения показали, что все разновидности "синих гнейсов" являются сильномагнитными породами. Среднее значение магнитной восприимчивости для всей группы "синих гнейсов" составляет 35,9 • 10"3 ед. СИ (37 представительных образцов), что на два порядка выше, чем среднее значение магнитной восприимчивости для остальных параметаморфических пород района холмов Ларсеманн - 0,37 • 10"3 ед. СИ (151 представительный образец). Это обусловлено тем, что во всех разновидностях "синих гнейсов" присутствует довольно высокое количество (в отдельных случаях до 10-12 %) акцессорного магнетита.

Столь нетипичная для глубокометаморфизованных параметаморфических пород особенность, как обилие магнетита, указывает, что протолитами "синих гнейсов" были осадочные образования, имевшие необычный общий состав и генезис (см. главу 3), скорее всего, древние коры выветривания. К такому же выводу на основании полевых и камеральных исследований пришел и А.А Лайба, отметивший характерные для этой группы пород высокие содержания глинозема и окислов железа, а также заметную вещественную неоднородность.

Сильномагнитные породы, подобные "синим гнейсам" не отмечались в северной части гор Принс-Чарльз, тогда как на восточном побережье залива Прюдс они развиты весьма широко: помимо района холмов Ларсеманн "синие гнейсы" были описаны иностранными исследователями и на других обнаженных участках побережья. Все отмеченные выше особенности сопоставляемых параметаморфи-

ческих толщ двух районов позволяют сделать вывод о том, что они не являются прямыми эквивалентами.

Глава 6.

О ВОЗМОЖНОСТЯХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПЕТРОМАГНИТНЫХ МЕТОДОВ ПРИ ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ В ДРУГИХ РЕГИОНАХ РАЗВИТИЯ ДОКЕМБРИЙСКИХ МЕТАМОРФИЧЕСКИХ

КОМПЛЕКСОВ

Анализ существующей практики аэромагнитных исследований в районах развития докембрийских метаморфических комплексов показывает, что вопрос о геологической природе регистрируемых аномалий часто остается открытым, что связано прежде всего с отсутствием достоверных петромагнитных характеристик горных пород. Широко распространено представление, что магнитные свойства метаморфических пород являются очень изменчивыми, и поэтому петромагнит-ные исследования считаются малоэффективным методом при геологической интерпретации магнитных аномалий в районах развития докембрийских метаморфических комплексов. Однако изложенные в настоящей работе результаты, показывают, что петромагнитные исследования в таких районах, если они имеют целенаправленный и систематический характер, могут быть весьма эффективными при решении целого ряда геологических и геофизических задач. Опыт, полученный в ходе работ в северной части гор Принс-Чарльз, был использован автором при планировании и проведении петромагнитных и аэромагнитных исследований еще в одном районе Восточно-Антарктического крагона (на хребте Шеклтона) в ходе работы международной экспедиции "ЕвроШек".

Предпосылками для проведения петро- и аэромагнитных исследований на хребте Шеклтона послужили результаты рекогносцировочной аэромагнитной съемки, выполненной здесь российскими исследователями в начале 70-х годов, в ходе которой в западной части хребта была обнаружена интенсивная (свыше +400 нТ) площадная магнитная аномалия (аномалия Хаскард-Фукс). Несмотря на хорошую обнаженность и геологическую изученность той части хребта Шеклтона, где расположена эта аномалия, ее геологическая природа оставалась невыясненной.

Горные выходы в районе аномалии Хаскард-Фукс представлены главным образом раннепротерозойскими гнейсами кислого состава амфиболитовой фации (группа Страттон) при подчиненном развитии более молодых слабометаморфизо-ванных или неметаморфизованных пород осадочного происхождения. Предшествующий опыт петромагнитных исследований подсказывал, что породами, ответственными за аномалию Хаскард-Фукс, скорее всего, является какая-то неизвест-

ная гнейсовая формация в составе группы Страттон.

В результате проведенных наземных полевых исследований искомая сильномагнитная гнейсовая формация, получившая название "Гнейсы Пойнтер", была найдена и закартирована. Эта формация оказалась представлена однородными толщами биотитовых (точнее, магнетит-биотитовых) гнейсов, которые образуют падающее в северном направлении под углом около 50° крупное тело, прослеженное в обнажениях примерно на 60 км по простиранию. Его максимальная мощность в центральной части составляет около 9 км. Было установлено, что среднее значение магнитной восприимчивости "Гнейсов Пойнтер" составляет 29-10'3 ед. СИ, тогда как у всех остальных пород, распространенных в районе аномалии Хаскард-Фукс, магнитная восприимчивость почти никогда не превышает 1-Ю'3 ед. СИ.

Одновременно и согласованно с наземными геологическими и петрофизиче-скими исследованиями немецкой аэромагнитной группой из Института Альфреда Вегенера была проведена повторная детальная съемка аномалии Хаскард-Фукс. По результатам этой съемки контуры аномалиеобразующего тела были прослежены на закрытых льдом территориях, а комплексное использование аэромагнитных и петромагнитных данных позволило построить двумерную модель аномалиеобразующего тела, по своим параметрам (мощность, угол и направление падения) практически идеально совпавшую с параметрами тела "Гнейсов Пойнтер", установленными в результате геологических наблюдений.

Таким образом, целенаправленные петромагнитные полевые исследования на хребте Шеюггона, спланированные с учетом имевшегося опыта подобных работ в северной части гор Принс-Чарльз и проведенные в комплексе с геологическими наблюдениями и аэромагнитной съемкой, позволили определить геологическую природу магнитной аномалии Хаскард-Фукс, выявить и закартировать ответственную за нее ранее неизвестную сильномагнитную гнейсовую формацию, а также провести двумерное моделирование аномалиеобразующего тела и определить контуры его распространения на закрытой льдом территории. Исследования, проведенные на хребте Шеклтона, наряду с исследованиями, ранее проведенными в северной части гор Принс-Чарльз, могут служить хорошим примером эффективности применения петромагнитных методов при изучении районов развития глу-бокометаморфизованных докембркйских комплексов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты выполненных исследований заключаются в следующем: 1) Разработана новая схема разделения Биверского метаморфического комплекса, в составе которого на основании петрографических, петромагнитных,

петрохимических и геохимических различий выделено три структурно-вещественных подразделения (серии Атос, Астрономов и Портос).

2) Установлено, что контрастные отличия магнитной восприимчивости метаморфических пород выделенных серий, отражающие обильное присутствие или почти полное отсутствие в них акцессорного магнетита, не контролируются ни валовым содержанием железа в породах, ни их петрографическим типом как таковым, а связаны с особенностями предыстории метаморфических серий. Обилие магнетита в породах серии Портос указывает на их глубинную первично-плутоническую природу, а почти полное отсутствие этого минерала в породах серий Атос и Астрономов - на их супракрустальную природу.

3) Супракрустальная природа гнейсов серий Астрономов и Атос и первично-плутоническая природа гнейсов серии Портос подтверждена и на основании петрохимических и геохимических данных. Выявлены статистически достоверные петрохимические и геохимические различия между петрографически сходными породами различных серий, и намечено разделение ортогнейсов серии Портос на две петрохимически и геохимически различных группы.

4) Установлено, что аномалиеобразующимими телами, ответственными за интенсивные положительные магнитные аномалии, зарегистрированные аэромагнитной съемкой в северной части гор Принс-Чарльз, являются ортометаморфиче-ские толщи серии Портос и пространственно ассоциирующие с ними плутоны интрузивных чарнокитоидов.

5) Построена схематическая геологическая карта северной части гор Принс-Чарльз со снятым ледовым покровом, установлены в основных чертах современные пространственные взаимоотношения между главными вещественными формациями изучаемого района и предложено геологически обоснованное объяснение линейно-прерывистого характера аномального магнитного поля.

6) Показано, что параметаморфические толщи, обнажающиеся в северной части гор Принс-Чарльз и на восточном побережье залива Прюдс, не являются эквивалентами, как считалось ранее, поскольку существенно различаются по литоло-го-петрографическим и петромагнитым характеристикам.

Наиболее важными задачами будущих исследований являются:

]) трехмерное компьютерное моделирование аномалиеобразующих тел в районе северной части гор Принс-Чарльз с целью более точного определения современных пространственных соотношений между метаморфическими сериями Би-верского комплекса;

2) минераграфические, геохимические (в т.ч. микрозондовые) и петромагнит-ные исследования магнетитов метаморфических пород Биверского комплекса с целью выявления особенностей их генезиса и последующих преобразований и получения на этой основе дополнительной информации о генезисе протолитов метаморфических пород и их последующих преобразований.

3) петромагнитные измерения на образцах из отечественных коллекций по другим районам Восточно-Антарктического кратона с целью составления обобщенных петромагнитных характеристик важнейших структурно-вещественных формаций и геологической интерпретации результатов аэромагнитных съемок.

По теме диссертации автором опубликованы следующие работы:

1) Сергеев М.Б., Лейченков Г.Л., 1990. Петрофизическое картирование докем-брийских комплексов Восточной Антарктиды. Петрофизика рудных месторождений (тезисы докладов Всесоюзного научно-технического семинара), НПО "Рудгеофизика", Л., с. 126.

2) Sergeyev М.В. & Kaulio V.M., 1991. The significance of petromagnetic data for geological mapping of high-grade metamorphic rocks in the Northern Prince Charles Mountains, East Antarctica. 6th International Symposium on Antarctic Earth Sciences (abstract volume), Tokyo, pp. 516-518.

3) Sergeyev M.B. & Kaulio V.M., 1993. High-grade metamorphic rocks of the northern Prince Charles Mountains, East Antarctica: their subdivision and history. Gondwana Eight, ed. Findlay R.H., Unmg R., Banks M.R.B. & Veevers J.J., BaLkema, Rotterdam, pp. 153-160.

4) Sergeyev M.B., 1995. Main lithological units of high-grade metamorphic terrain of the northern Prince Charles Mountains, East Antarctica, and geological nature of magnetic anomalies. 7th International Symposium on Antarctic Earth Sciences (abstract volume), Siena, p. 343.

5) Сергеев М.Б., 1995. Геологическая природа магнитных аномалий в районе хребта Шеклтона (Западная Антарктида). Результаты исследований Антарктики, выпуск 1, СПб, Гидрометеоиздат, с. 92-97.

6) Mikhailov V.M. & Sergeyev М.В., 1997. Main lithological formations of high-grade metamorphic terrain of the northern Prince Charles Mountains, East Antarctica, and their subglacial distribution. The Antarctic region: geological evolution and processes, ed. Ricci C.A., Terra Antartica Publication, Siena, pp. 89-95.

7) Sergeyev M.B., Meyer U.F., Eckstaller A. & Mikhailov V.M., 1999. The geological nature of the Haskard-Fuchs Magnetic Anomaly and an identification of highly-magnetic rock units in the Shackleton Range, Antarctica. Terra Antartica, 6 (3), pp. 327-336.

Рис. 1. Карта аномального магнитного поля в районе северной части гор Принс-Чарльз (по А.Ю. Казанкову, на основании результатов аэромагнитной съемки масштаба 1:500 ООО, выполненной ПМГРЭ в 33 и 35 САЭ).

Изолинии проведены через 100 нТ. Зоны положительных магнитных аномалий заштрихованы. Черным цветом показаны свободные от ледового покрова горные выходы.

ЬГ 66'

Горные выходу;

• серн« Атос (РЯ,.)?).

- сери* Астрономов (РИм?)

• серия Портос (РЯа?)

- интрузивные чарнокктоиды (РИ,)

67- «• 49-, а

Закръгтые территории; I —I -серил Атос (РЯ,.]?)

I I М I П -серия Астрономо» (РК, .,">).

- серия Портос (Р1*1?)

- Фишерский комплекс

• терригенно-оодочим сери» Эймс- I.'.'. '.М - комплекс Ш-Кг отложений