Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Процессы лиственитизации в базит-гипербазитовых массивах Корякско-Камчатского региона

ВАК РФ 04.00.08, Петрография, вулканология

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Романченко, Владимир Васильевич, Москва

КАМЧАТСКИЙ ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ЦЕНТР ИНСТИТУТ ВУЛКАНОЛОГИИ ДАЛЬНЕВОСТОЧНОГО ОТДЕЛЕНИЯ РАН

На правах рукописи

Романченко Владимир Васильевич

ПРОЦЕССЫ ЛИСТВЕНИТИЗАЦИИ В БАЗИТ-ГИПЕРБАЗИТОВЫХ МАССИВАХ КОРЖСКО-КАМЧАТСКОГО

РЕГИОНА

04.00.08 - петрология, вулканология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель: кандидат геол.-мин. паук А.Б.Осипенко

Москва 1999

СОДЕРЖАНИЕ

Введение......................................................................................5

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ, ВОПРОСЫ ТЕРМИНОЛОГИИ И МЕТОДИКИ

ИССЛЕДОВАНИЯ.........................................................................12

1Л. Состояние изученности проблемы........................................12

1.2. Формационная принадлежность кварц-карбонатных метасоматитов...............................................................14

1.3. О содержании и ограничениях термина «лиственит»...............18

1.4. Методы исследования лиственитизированных пород...............21

Глава 2. ОЧЕРК ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ ЛИСТВЕНИТОНОСНЫХ БАЗИТ-ГИПЕРБАЗИТОВЫХ КОМПЛЕКСОВ КОРЯКСКО-КАМЧАТСКОЙ СКЛАДЧАТОЙ ОБЛАСТИ.......................24

2.1. Тектоническая структура Северо-Камчатского региона..............24

2.2. Основные черты геологии офиолитовых комплексов Корякско-Камчатского региона и их типизация.....................................27

2.3. Сведения о геологическом строении, возрасте и составе пород лиственитоносных базит-гипербазитовых комплексов...............30

2.3.1. Гипербазитовые массивы Олюторско-Камчатской складчатой системы.................................................30

2.3.1.1 Центральный базит-гипербазитовый массив о-ва

Карагинского.................................................31

2.3.1.2 Гипербазитовый массив г.Рыдарь на п-ове Озерном... 34

2.3.2. Гипербазитовые массивы Анадырско-Корякской складчатой системы...............................................................37

2.3.2.1 Маметчинский гипербазитовый массив..............37

2.3.2.2 Куюльский гипербазитовый массив...................39

2.3.2.3 Водораздельный массив п-ова Елистратова.........40

2.4. Геологические особенности лиственитизации в базит-гипербазитовых массивах Корякско-Камчатского региона.........42

Глава 3. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПОЛОЖЕНИЕ, МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ

ТИПЫ И СТРУКТУРНО-ТЕКСТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЛИСТВЕНИТОВ

3.1. Структурно-геологическое положение и характер взаимоотношений с вмещающими породами.....................................................45

3.2. Морфологические типы лиственитов............... ......................46

3.3. Микроструктурно-текстурные особенности строения.................50

3.4. Характер метасоматической зональности в лиственитах.............53

3.4.1. Метасоматическая зональность в апосерпентинитовых лиственитах.........................................................53

3.4.2. Метасоматическая зональность в лиственитах по породам основного состава (габброидам, метаморфическим сланцам...............................................................62

3.4.3. Взаимоотношения лиственитов с кварцевыми жилами.... 69

3.4.4. Причины выпадения промежуточных зон из ...метасоматических колонок лиственитизированных пород........................71

Глава 4. ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЛИСТВЕНИТОВ И АССОЦИИРУЮЩИХ ПОРОД.........................................................72

4.1. Особенности преобразования вещественного состава пород в процессе лиственитизации................................................72

4.2. Поведение главных породообразующих оксидов.................73

4.3. Геохимические особенности.............................................83

4.3.1. Элементы-примеси................................................83

4.3.2. Стабильные изотопы (О и С)...................................95

4.3.3. Изотопные характеристики 8г..................................97

4.4. Изучение состава и свойств флюидных включений лиственитизированных пород..........................................97

Глава 5. СОСТАВ И ФАЗОВЫЕ ВЗАИМООТНОШЕНИЯ МИНЕРАЛОВ В ЛИСТВЕНИТАХ И АССОЦИИРУЮЩИХ С НИМИ ПОРОДАХ............101

5.1. Химический состав основных породообразующих минералов

лиственитизированных пород..........................................101

5.2. Фазовые взаимоотношения в системе Si02-Mg0(Ca0)-Al20з -Н20-

С02...........................................................................132

Глава 6. УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ЛИСТВЕНИТИЗИРОВАННЫХ ПОРОД В БАЗИТ-ГИПЕРБАЗИТОВЫХ МАССИВАХ КОРЯКСКО-КАМЧАТСКОГО РЕГИОНА..................../.....................................142

6.1. Эволюция Р-Т параметров в процессе лиственитизации............144

растворов при лиственитизации.... 1

ственитизации...........................1

з современных вулкано-

АЗИТ-ГИПЕРБАЗИТОВЫХ

[Е.............................................

[щи и рудообразования..................

Заключение...........

Список литературы

185

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Структурное положение и особенности вещественного состава метасоматических пород, пространственно ассоциирующих с породами базит-гипербазитовых комплексов, неизменно привлекают внимание исследователей при решении вопросов о характере вторичного минералообразования на заключительных стадиях внедрения ультрамафитов в верхние горизонты земной коры. Особую дискуссионность эти вопросы приобрели для метасоматических образований, получивших развитие в комплексах офиолитового типа, в которых метасоматиты различных типов играют роль индикаторов физико-химических условий минералообразования в широчайшем диапазоне Р-Т параметров: от высокотемпературных субсолидусных преобразований до

низкотемпературного гидротермального метасоматоза. В ряду

разнообразных метасоматитов - продуктов изменения магматических пород основного и ультраосновного состава значительное место занимает группа кварц-карбонатных пород, известных под названием «листвениты». Значение лиственитов не исчерпывается только ролью петрологических индикаторов. Метасоматиты этого типа и ассоциирующиеся с ними породы относятся к т.н. «околорудным изменениям» и являются концентраторами разнообразных рудных и нерудных полезных ископаемых, что во многом определяет практический интерес, проявляемый к лиственитам. В то же время, несмотря на более чем полуторовековую историю изучения, многие вопросы генезиса этих метасоматитов до сих пор дискуссионны.

Целью предлагаемой работы является комплексное рассмотрение вопросов, связанных с геологией, петрологией и минерагенией лиственитов, а также построение на основе полученных данных и обобщений, геолого-петрологической модели генезиса и эволюции лиственитов в базит-гипербазитовых комплексах офиолитового типа. В качестве объектов

исследования были привлечены ансамбли метасоматически измененных пород, получившие развитие в базит-гипербазитовых массивах офиолитовых комплексов Северо-восточной Камчатки и юго-запада Корякского нагорья. Для создания обобщающей геолого-петрологической модели необходимо было решить следующие вопросы:

1) детально изучить структурно-морфологические и минералого-геохимические особенности различных проявлений лиственитов и ассоциирующих с ними пород, типизировать их по характерным минеральным парагенезисам;

2) определить физико-химические условия минералообразования и особенности флюидного режима процессов кварц-карбонатной метасоматической переработки исходных пород различных типов;

3) выяснить стадийность, направленность и характерные особенности процессов лиственитизации в офиолитах; их сходство и отличие с другими околорудными метасоматическими изменениями магматических пород; установить современные аналоги процесса лиственитизации.

Основные защищаемые положения.

1. В породах разновозрастных базит-гипербазитовых комплексов, входящих с состав офиолитовой ассоциации Корякско-Камчатской складчатой области, установлены лиственитизированные породы двух различных типов: апосерпентинитовые (доминирующий тип) и апобазитовые (развивающиеся по габброидам и метабазитам), формирующие зональные метасоматические колонки. Метасоматиты каждого из изученных типов характеризуются определенной последовательностью минеральных и химических преобразований, приводящих к постепенной утрате сходства с составом протолитов, и унификации вещественного состава итоговых продуктов метасоматоза вне зависимости от типа исходных пород.

2. Установлено, что в исследованных массивах лиственитизация связана с воздействием существенно щелочных (рН = 7,6 - 10,1) водно-углекислых гидротермальных растворов на измененные магматические породы основного и ультраосновного состава. При этом физико-химические условия формирования лиственитизированных пород различных типов близки между собой и для внутренних зон метасоматических колонок соответствуют температурному интервалу Т = 370 - 410°С при Рлит. = Рфл. = 0,5 - 2 кбар. В направлении периферийных зон метасоматических тел температура процесса понижается до 270-340°С. Протекание процесса лиственитизации контролируется кислотно-основными и окислительно-восстановительными свойствами минералообразующих гидротермальных растворов. Развитие процессов кварц-карбонатного метасоматоза в изученных породных комплексах связано с деятельностью долгоживущих вулкано-гидротермальных систем, современным аналогом которых является гидротермы Узон-Гейзерной системы, Камчатка.

3. Показано, что в исследуемых массивах развитие процессов лиственитизации и последующее наложение на метасоматические ореолы рудной минерализации являются результатом эволюционного развития единой гидротермальной системы. В изученных проявлениях лиственитов формирование оруденения связано с близповерхностным изменением окислительно-восстановительных свойств (повышением величины /£Р02 в диапазоне от -75 до -30) щелочных гидротермальных растворов, приводящим к распаду рудоносных тиосульфидных и гидросульфидных комплексов.

Научная новизна.

1. Впервые в Камчатско-Корякском регионе детально изучены кварц-карбонатные метасоматические образования (листвениты и лиственитизированные породы), локализованные в ультрамафитах

офиолитовых комплексов. Освещены особенности их геологического положения, определены факторы структурного контроля проявлений лиственитизации, проведена типизация различных лиственитизированных образований и установлена их связь в рамках единого метасоматического процесса.

2. В результате детального комплексного минералого-геохимического исследования вещественного состава лиственитизированных пород с использованием современных аналитических методов были получены новые оригинальные данные, позволяющие сделать обоснованные генетические выводы и разработать геолого-петрологическую модель кварц-карбонатного метасоматоза.

Практическое значение. Результаты проведенных исследования использованы в качестве критериев распознавания потенциально рудоносных метасоматических образований в офиолитах Восточной Камчатки и Южной Корякин, определения профиля их оруденения. Особенности структурного положения зон лиственитизации использованы для оценки степени тектонической нарушенное™ в базит-гипербазитовых массивов офиолитовых комплексов региона.

Фактическая основа работы. Работа является результатом многолетних исследований автором базит-гипербазитоых массивов Камчатки. Материал, положенный в основу диссертационной работы, был собран и обработан при полевых экспедициях и камеральных исследованиях в составе производственных подразделений СКГРЭ ПГО «Камчатгеология», КГРП «Далькварцсамоцветы» и Камчатского Экологического Центра (КЭЦ) в период 1983 - 1998 гг. В процессе работы автором применялись различные методы исследования, включающие геологические, петрографические и геохимические способы наблюдения. Была собрана и изучена коллекция из более чем 400 шлифов различных типов метасоматитов и вмещающих их

пород, выполнено более 1000 микрозондовых и около 100 полных химических анализов пород и минералов, использованных (и частично приведенных) в работе. В целях тонкой минералогической диагностики большое количество мономинеральных фракций лиственитов было исследовано рентгеноструктурным, ИК-спектрометрическим и термовесовым методами. Для 40 образцов различных типов кварц-карбонатных метасоматитов были получены оригинальные данные по распределению редких и редкоземельных элементов, а для некоторых образцов - данные по изотопному составу О, С и 8г а также по составу и свойствам газово-жидких включений в минералах. Часть работы составляют результаты, полученные при обработке коллекций образцов лиственитов и сопутствующих пород, любезно предоставленных автору Е.Г.Сидоровым (КЭЦ) и А.Б.Осипенко (ИВ ДВО РАН).

Апробация и публикации. Основные положения и выводы диссертации были представлены на V Камчатской геологической конференции (1983 г) на VI и VII Конференциях молодых ученых ИВ ДВО РАН (г.Петропавловск-Камчатский, 1991 и 1992 гг.), на II региональном совещании Камчатского отделения ВМО "Минералогия вулканических и гидротермальных систем" (г.Петропавловск-Камчатский, 1990 г.) и на региональном совещании Приморского отделения ВМО "Рудные месторождения Дальнего Востока - минералогические критерии прогноза, поиска и оценки" (г.Владивосток, 1991 г.), на Российско-японском полевом семинаре по вулканогенно-гидротермальному рудообразованию в островных дугах (г.Петропавловск-Камчатский, 1998 г.). Тезисы докладов, содержащих основные защищаемые положения представленной работы, опубликованы в трудах ряда отечественных и зарубежных конференций.

По теме диссертации опубликовано 6 работ. Кроме того, диссертационная работа положена в основу монографии (в соавторстве с

А.Б.Осипенко) «Лиственитизация в офиолитах Корякско-Камчатского региона», включенной в план выпуска издательства «Дальнаука» на 1999 г.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из Введения, семи

глав, Заключения и списка литературы, она включает_таблиц,_

иллюстраций и занимает_страниц машинописного текста.

Постановка темы исследования и научное руководство работы осуществлялось кандидатом геолого-минералогических наук А.Б.Осипенко (Институт вулканологии ДВО РАН), которому автор выражает свою признательность и глубокую благодарность.

В работе над диссертацией постоянную поддержку и практическую помощь автору оказывали Л.П.Аникин, А.И.Байков, Г.В.Леднева, О.Н.Егоров, Ю.О.Егоров, В.В.Кононов, В.А.Мелкий, Ю.М.Стефанов. При проведении химических и минералогических исследований неоценимую помощь автору оказали сотрудники химической лаборатории и лаборатории оптической и микрозондовой минералогии ИВ ДВО РАН Н.И.Винокур, Г.В.Лец, С.В.Москалева, А.В.Мясников, Г.П.Новоселецкая, А.М.Округина, Т.М.Философова, В.М.Чубаров. Проведение исследований редкоземельного и изотопного состава пород оказалось возможным благодаря содействию дров Дж.Гарвера и К.Халлахера (Юнион Колледж, г.Скенектэди, США). Успешной работе по графическому оформлению рукописи и ее редактированию способствовала помощь Л.Г.Осипенко. Автор искренне благодарит всех перечисленных выше коллег.

В работе приняты следующие сокращения названий минералов:

Аб - альбит; Ав - аваруит; Амф - амфибол; Анк - анкерит; Ант - антигорит; Бре - брейнерит; Бру - брусит; Гем - гематит; Дол - доломит; Ка - кальцит; Кв - кварц; кПи - клинопироксен; Маг -магнетит; Мгз - магнезит; Милл - миллерит; Ол - оливин

Пер - периклаз;

Пи - пирит;

Пирр - пирротин;

Сер - серицит;

Сид - сидерит;

Спт - серпентин;

Та - тальк;

Фук - фуксит;

Хзл - хизлевудит;

Хлт - хлорит:

Эн - энстатит;

Шп - хромшпинелиды;

аШ= А1/(А1+Реобщ+М§+Мп) /т# = Fe2+/(Fe2++Mg+Mn) mg# = М^(М£+Бе2++Мп)

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ, ВОПРОСЫ ТЕРМИНОЛОГИИ И

МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Состояние изученности проблемы

Метасоматиты существенно кварц-карбонатного состава, пространственно и генетически связанные с ультраосновными породами и известные под общим названием "листвениты" на протяжении длительного времени привлекают внимание исследователей. Во многом интерес к этим образованиям обусловлен их практической значимостью в качестве концентраторов разнообразных полезных ископаемых, таких как золото, ртуть, кобальт, никель и др. Исторически изучению лиственитов способствовал тот факт, что метасоматиты этого типа широко распространены на золоторудных, золотополиметаллических, ртутных, ртутно-сурьмяных, колчеданно-полиметаллических и других месторождениях в районах традиционных геологических изысканий. Со времени первых описаний лиственитов на Урале Г.Розе в 1837-1842 гг. [118] исследованиями А.П.Карпинского, В.В.Никитина, А.Н.Заварицкого, В.Н.Лодочникова, Н.И. и М.Б.Бородаевских, В.А.Кузнецова и др. были получены важные результаты, проливающие свет на особенности геологического положения пород этой группы, описывающие строение метасоматической зональности лиственитов, закономерности локализации в них полезных ископаемых и т.д.. Среди современных исследований лиственитизации прежде всего заслуживают внимания работы В.Н.Сазонова [53,74-77,85 и др.] и А.С.Борисенко [9,10,57], детально освещающие закономерности рудообразования, изменения минерального состава и геохимических параметров при кварц-карбонатном метасоматозе в породных комплексах различных формационных типов. Значительным вкладом в изучение различных