Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Расслоенные ультрабазит-базитовые ассоциации как индикаторы геодинамических обстановок

ВАК РФ 04.00.08, Петрография, вулканология

Текст научной работыДиссертация по геологии, доктора геолого-минералогических наук, Изох, Андрей Эмильевич, Новосибирск

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ ОИГГМ

На правах рукописи

ИЗОХ Андрей Эмильевич

РАССЛОЕННЫЕ УЛЬТРАБАЗИТ-БАЗИТОВЫЕ АССОЦИАЦИИ КАК ИНДИКАТОРЫ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ОБСТАНОВОК

(на примере Центрально-Азиатского складчатого пояса)

специальность 04.00.08 - петрология, вулканология

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

:ди ум

^К России ¿•асудм/ ТОРА\

хмблал. ч""'-' у о "< с в

у)

.1'

р и

с " <■

Содержание

Введение....................................................................................................................

Глава 1. Формационный анализ расслоенных ультрабазит-базитовых ассоциаций ЦАСП и основные подходы выяснения геодинамических условий их

формирования....................................................................................................................И.

Глава 2. Анортозитовые массивы Монголии - индикаторы

2.?

раннедокембрийского фундамента микроконтинентов ЦАСП.................................Л.

Мустулинский массив............................... ..............................................................Ж

Ходжулингольский массив.......................................................................I..............М.

Олонхудукский массив.............................................................................................ЬЬ

Петрографо-минералогическая характеристика анортозитовых массивов

Монголии.................................................................................................................................

Петрохимическая характеристика........................... .................................................(в.

Возрастные данные для анортозитов Монголии, Сибири и Китая......................

Обзор моделей генезиса и тектоническое положение протерозойских

анортозитовых массивов......................................................................................................

Резюме.........................................................................................................................

Глава 3 Дифференцированные ультрабазит - базитовые ассоциации в

составе офиолитов различных геодинамических обстановок...................................

3.1. Дунит- верлит- клинопироксенит- габбровые (ДВКГ) массивы ЦАСП......

Карашатский массив..........................................................................................

Баяннурский массив хр. Дариби Онцаулинский массив Джаргалантуйский массив .Яо..

Среднетерсинский массив

Петрографо-минералогическая характеристика ДВКГ массивов $5-

Петрохимическая характеристика ДВКГ ассоциации ЦАСП ЗР.?.

Моделирование последовательности кристаллизации для ДВКГ массивов

т.

Вулканические ассоцации комагматичные ДВКГ массивам и их геодинамическая позйция

7/

Ж. 66

ёь

3.2. Расслоенные габброиды в офиолитовых ассоциациях МОИВ-типа.....

вебстерит-анортозит-габброноритовые массивы Баянхонгорской офиолитовой

ассоциации Западной Монголии .............

габброиды офиолитовой ассоциации северного фаса Горного Алтая .. № Петрохимическая и геохимическая характеристика габброидов М01Ш-типа..../$? Модельные расчеты последовательности кристаллизации ..Ж

3.3. Вебстерит-габброноритовая ассоциация, комагматичная вулканитам бонинитовой серии

Наранский вебстерит- габброноритовый массив

Минералого-петрографическая характеристика вебстерит-габброноритовой ассоциации

Петрохимическая и геохимическая характеристика .ш

Резюме по офиолитовым ультрабазит-базитовым ассоциациям........ ...........

Глава 4. Островодужные высокоглиноземистые расслоенные перидотит-габбровые ассоциации Центрально-Азиатского складчатого пояса

4.1. Высокоглиноземистые низкотитанистые перидотит-габбровые (ВПГ) интрузивы и особенности их размещения в структурах ЦАСП

Особенности геологического положения, строения и состава ВПГ массивов

Озерной зоны Западной Монголии .......

Петрографо-минералогическая характеристика ВПГ массивов Озерной зоны...^.?.^ Петрохимическая характеристика ВПГ массивов Озерной зоны Геохимические особенности ВПГ массивов

ЦАСП .Шк

Возраст ВПГ массивов ЦАСП

4.2. Высокотитанистые высокоглиноземистые анортозит- пироксенит-габбровые интрузивы ЦАСП Ш.?

Якутский анортозит-пироксенит-габбровый массив

т

Минералого-петрографическая характеристика габброидов Якутского массива-?^ Петрохимическая характеристика Якутского массива

Оценки родоначального расплава и модельные расчеты последовательности кристаллизации

ш

Геохимические особенности пироксенит-анортозит-габбровых массивов ЦАСП295

Анализ размещения высоко и низкотитанистых высокоглиноземистых массивов..

Резюме

3 00

Глава 5. Дифференцированные габброиды раннеордовикской аккреционно-коллизионной обстановки ЦАСП

Дифференцированные ультрабазит-базитовые интрузивы дарибского комплекса, Западная Монголия

т.

Нижнедербинский ареал перидотит-пироксенит-габбровых массивов

Правотарлашкинский троктолит-анортозит-габброноритовый массив, Юго-Восточная Тува З.&Р.

Раннеордовикские габброидные ассоциации Горной Шории

Модель мантийного магматизма коллизионной обстановки

Заключение

Литература

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы: Проблема связи между вещественным составом магматических комплексов и тектоническими режимами их проявления относится к одной из фундаментальных проблем геологии. Эта проблема в отечественной литературе наиболее отчетливо была сформулирована в работах Ю.А. Билибина (1955) и Ю.А. Кузнецова (1960, 1964). В настоящее время обнаруживающиеся связи вещественного состава магматических ассоциаций и геодинамического режима широко используются при палеогеодинамических реконструкциях для отдельных мегаструктур, включая внутриконтинентальные складчатые пояса (Pearce, Сапп, 1973; Зоненшайн, Кузьмин, 1993; Коваленко, Ярмолюк, 1990; Rollingson, 1993). Важное значение имеет разработка геологических и геохимических критериев выделения магматических ассоциаций, индикаторных для различных геодинамических обстановок.

Учет состава интрузивных комплексов особенно актуален для восстановления палеогеодинамических обстановок в глубоко эродированных районах, где вулканические и осадочные образования представлены фрагментарно. Для палеогеодинамических реконструкций на территории Центрально-Азиатского складчатого пояса (ЦАСП) автором использованы геологические, геохимические и изотопные данные по расслоенным ультрабазит-базитовым комплексам. Важным аспектом при оценке геодинамического положения этих комплексов явилось изотопное датирование эталонных массивов, которое внесло, кроме того, существенные коррективы в региональные схемы корреляций магматических формаций ЦАСП.

Цель и задачи работы: Основной целью проведенных исследований было показать возможность использования расслоенных ультрабазит-базитовых массивов при геодинамических реконструкциях в глубоко эродированных областях Центрально-Азиатского складчатого пояса и выделение индикаторных ассоциаций для определенных reo динамических обстановок.

Основные задачи исследования:

1. Картирование габброидных массивов, выяснение их взаимоотношений с вмещающими породами и гранитами. Выявление особенностей их внутреннего строения, характера расслоенности, ритмичности.

2. Петрографическое, минералогическое и геохимическое исследования слагающих интрузивы пород.

3. Формационный анализ ультрабазит-базитовых ассоциаций на вещественной основе.

4. Обоснование комагматичности расслоенных интрузивов и базальтоидов вулканических комплексов различных тектонических структур на основе оценки составов родоначальных расплавов и модельных расчетов.

5. Оценки возраста габброидов и геохимическая типизация областей магмогенерации.

6. Выяснение геодинамической обстановки формирования расслоенных габброидных массивов с использованием комплекса геологических, геохимических и геохронологических данных и сравнительного анализа состава и условий проявления родственных им вулканических ассоциаций.

Фактический материал: В основу работы положен собственный материал автора, собранный за период 1979-1998 г.г. в Монголии и в складчатых областях юга Сибири (Забайкалье, Восточный Саян, Тува, Горный Алтай, Горная Шория, Кузнецкий Алатау). Исследования проводились в рамках плановых тем НИР ОИГГМ СО РАН, по программе Совместной советско-монгольской геологической экспедиции «Габброидные формации Монголии», а также по проектам РФФИ (94-05-16805, 97-0565303, 98-06-65266). При петрографическом изучении использовано более 10 000 прозрачных шлифов и аншлифов. Для выяснения состава породообразующих минералов выполнено >200 микрозондовых анализов. Формационный анализ габброидов и петрологические выводы основываются на >3000 химических анализах пород, включая элементы примеси (Си, Ni, Со, Cr, V). Выполнено около 80 анализов РЗЭ и редких элементов. Sm-Nd, Pb-U и K-Ar методами получено 20 датировок габброидных массивов ЦАСП. При обобщении материалов использованы коллекции шлифов, образцов и аналитические материалы Полякова Г.В., Кривенко А.П., Богнибова В.И., Балыкина П.А., а также литературные данные.

Методы исследований: При решении поставленных задач автором использовался широкий спектр методов, включая геологическое картирование расслоенных массивов и их классическое минералого-петрографическое описание. Анализ вещественного состава проводился по методикам разработанным А.Ф.Белоусовым и А.П.Кривенко, с использованием принципа классификации магматических формаций по набору и составу породных групп (Белоусов и др., 1982,

Поляков, Кривенко, 1985, Поляков и др., 1997). Для выделенных типовых дифференцированных массивов, проявившихся в различных геотектонических структурах, проведены геохимические исследования (инструментальный нейтронно-активационный анализ РЗЭ, рентгено-флюоресцентный анализ Y, Nb, Zr, Sr, Rb и атомно-абсорбционный анализ на Ni, Со, Cr, V, Си). Важнейшей задачей при палеогеодинамических реконструкциях является вопрос о возрасте магматических ассоциаций, поэтому для эталонных массивов выполнены изотопно-геохронологические исследования с использованием U-Pb, Sm-Nd, и К-Аг методов. Оценки родоначальных расплавов проводились по закалочным фациям некоторых интрузивов, по средневзвешенным составам расслоенных массивов в целом и по отдельным ритмам. Для выяснения оценки состава родоначальных расплавов и физико-химических условий становления расслоенных массивов использовалась программа «Comagmat», разработанная М.Я.Френкелем и А.А, Арискиным (1993).

Научная новизна: Впервые показано присутствие автономных анортозитовых массивов в составе фундамента некоторых микроконтинентов ЦАСП (Байдрикский, Тарбагатайский) и обоснована их идентичность раннепротерозойским анортозитам южного обрамления Северо-Азиатского и Северо-Китайского кратонов. На основе анализа геологического положения, вещественного состава и возраста анортозитов показано, что они образовались во внутриконтинентальной рифтогенной обстановке на рубеже нижнего и верхнего протерозоя (1700 млн лет). Для глубоко эродированных складчатых поясов предложены индикаторы палеогеодинамических обстановок: низкотитанистые высокоглиноземистые расслоенные перидотит-габбровые интрузивы -как индикаторы палеосубдукционных зон, низкотитанистые вебстерит-габброноритовые массивы - юннодуговых офиолитов; дунит-верлит-клинопироксенит-габбровые массивы - офиолитов задуговых бассейнов. На основании особенностей размещения низкощелочных перидотит-габбровых массивов и данных по их составу, распределению в них РЗЭ и изотопным характеристикам, сделан вывод, что они представляют собой малоглубинные промежуточные камеры островодужных толеитовых вулканических серий и по ним можно реконструировать положение палеосубдукционных зон. На этом основании и с учетом полученных изотопно-геохронологических данных установлено омоложение субдукционных зон и их перескок через докембрийские блоки с севера на юг от Байкало-Муйского пояса к

Центральной Монголии. По взаимному расположению низко- и высокотитанистых высокоглиноземистых габброидов показана возможность их использования для определения направления погружения палеосубдукционных зон в складчатых поясах. Получены новые Бт-Ш изохронные датировки для офиолитовых , островодужных и коллизионных комплексов, которые существенно меняют сложившиеся геодинамические представления. На основании новых геологических, геохимических и изотопных данных, в том числе Бт-Ш датирования ультрабазит-базитовых интрузий, доказан позднерифейско-вендский возраст офиолитов Байкало-Муйского, Восточно-Саянского, Шишхидского и Хантайширского офиолитовых поясов и их многоэтапность.

Апробация работы: Основные результаты работы обсуждались на всесоюзных, всероссийских и международных совещаниях и конференциях: Международный геологический конгресс (Пекин, 1996), Международный симпозиум по проекту ЮСР 283 «Геодинамическая эволюция Палеоазиатского океана» (Новосибирск, 1993), международные конференции по плейттектонике памяти Л.П.Зоненшайна (1993,1995), международная конференция «Геодинамика, металлогения и нефтегазоносность» (Иркутск, 1998), совещания РФФИ (Иркутск, 1995, Новосибирск, 1996). По теме диссертации опубликовано более 40 работ, включая 2 коллективные монографии.

Основные защищаемые положения:

1. Формационный анализ на петрохимической основе, изотопно-геохронологические исследования, оценки состава и геохимического типа родоначальных расплавов позволили обосновать комагматичность расслоенных ультрабазит-базитовых массивов вулканическим ассоциациям, формирующимся в определенных геодинамических обстановках. На этой основе разработаны геологические, минералого-петрографические, петрохимические и изотопно-геохимические критерии выделения расслоенных ультрабазит-базитовых ассоциаций, индикаторных для различных геодинамических обстановок в глубоко эродированных областях ЦАСП.

2. Особенности геологического строения, вещественного состава, рудной специализации и возраст анортозитовых массивов Монголии свидетельствуют об их принадлежности к формации автономных анортозитов, характерных для докембрийского этапа эволюции земной коры. Анортозиты Центральной Азии

формировались во внутриконтинентальной рифтогенной геодинамической обстановке отвечающей рубежу 1700 млн лет. Присутствие таких массивов в фундаменте некоторых микроконтинентов ЦАСП является доказательством их раннедокембрийского возраста.

3. Среди ультрабазит-базитовых ассоциаций, входящих в состав разновозрастных офиолитов ЦАСП выделено три типа существенно габбровых формаций. Вебстерит-анортозит-габброноритовая ассоциация характерна для офиолитов открытого океана и возникает в результате малоглубинной кристаллизационно-гравитационной дифференциации расплавов близких по составу к толеитовым базальтам МСЖВ- типа со всплыванием плагиоклаза в верхние части камер. Дунит-верлит-клинопироксенит-габбровая ассоциация характерна для офиолитов задуговых бассейнов и образуется в результате фракционирования расплавов пикритового состава при повышенных давлениях (4-7 кбар и ГО2 = Ш-NN0). Крайне низкотитанистая вебстерит-габброноритовая ассоциация комагматична вулканитам бонинитовой серии и является индикатором офиолитов юных островных Дуг.

4. Поясной и очаговый характер размещения высокоглиноземистых перидотит-габбровых интрузивов, тесная их пространственная и временная сопряженность с островодужными известково-щелочными вулканическими сериями, особенности дифференциации пород массивов и их вещественный состав позволяют считать, что ареалы таких интрузивов трассируют линейные области магмогенерации разновозрастных палеосубдукционных зон. По размещению одновозрастных массивов высокотитанисных и низкотитанистых высокоглиноземистых перидотит-габбровых массивов, можно реконструировать положение и направление погружения палеосубдукционных зон в глубоко эродированных складчатых областях. На основании датирования таких интрузивов из разных поясов ЦАСП устанавливается омоложение и перескок субдукционных зон через докембрийские блоки с севера на юг от Байкало-Муйского пояса к геологическим структурам Центральной Монголии.

5. Для коллизионных этапов эволюции земной коры характерно появление различных типов габброидных ассоциаций, непосредственно предшествующих внедрению гранитоидов, а в ряде случаев имеющих с ними признаки синхронности. Одни расслоенные массивы по особенностям строения и вещественного состава

аналогичны высокоглиноземистым перидотит-габбровым ассоциациям, связанным с островодужными вулканитами, другие отвечают дифференциатам субщелочных пикритоидных магм, а третьи характеризуются особенностями вещественного состава, свойственными базитовым магмам, имеющим плюмовую природу. Одновременное присутствие в зоне коллизии таких типов мантийных магм является прямым свидетельством существования здесь разных мантийных источников (надсубдукционного и плюмового).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Текст