Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Эволюция процессов метаморфизма и гранитизации в докембрии шарыжалгайского блока (Прибайкалье)

ВАК РФ 04.00.08, Петрография, вулканология

Автореферат диссертации по теме "Эволюция процессов метаморфизма и гранитизации в докембрии шарыжалгайского блока (Прибайкалье)"

Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. М.В.Ломоносова

Геологический факультет Кафедра петрографии

На правах рукописи

КУРДЮКОВ Евгений Борисович

УДК 552.331:552.42

ЭВОЛЩИЯ ПРОЦЕССОВ МЕТАМОРФИЗМА И ГРАНИТИЗАЦИИ В ДОКЕМБРИИ ШАНЛАЯГАЙСКОГО БЛОКА (ПРИБАЙКАЛЬЕ)

04.00.08 - петрография, вулканология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва 1989

Работа выполнена в Институте геологии рудных месторождений, петрография, минералогии и геохимии (ИГЕМ) АН СССР.

Научный руководитель

доктор геолого-минералогических наук, профессор Л.Л.ПЕРЧУК

Официальные оппоненты:

Доктор геолого-минералогических наук С.Н.Гаврикова (ГШ АН СССР) Доктор геолого-минералогических наук Б.Г.Лутц (ИФЗ АН СССР)

Ведущее предприятие: Институт литосферы АН СССР

Защита состоится "19" мая 1989 г. в 14« чабов (ауд.829) на заседании специализированного ученого совета К.053.05.08 по петрографии, геохимии и геохимическим методам поисков

геологического факультета МГУ

Адрес: 119899, Ыосква, Ленинские горы, МГУ,геологический факультет

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке геологического факультета МГУ (зона "А", 6 эта*).

Автореферат разослан " апреля 1989 г.

Ученый секретарь специализированного совета

ст.н.сотр. А.М.БАТАНОВА

Введение

Актуальность проблемы. Проблема происхождения и эволюции докем-брийской континентальной коры - одна из центральных в современной геологии. Ее решение предполагает расшифровку эволюции параметров основных процессов,генерирующих вещество коры, - метаморфизма и гранитизации в связи с изменением геодинамических режимов, т.е. создание эволюционных моделей. Общий характер этих взаимоотношений изучен достаточно полно. Задачей сегодняшнего дня является выяснение конкретных особенностей на примерах отдельных регионов и построение трендов эволюции параметров процессов во времени. Решение данной задачи стало возможным в связи с разработкой современной петрологией аппарата парагенетического анализа и расчетов параметров минеральных равновесий.

Научная и практическая значимость проблемы и возможность ее решения на современном уровне определяют ее актуальность. В качестве объекта исследования был выбран краевой Шарыжалгайский выступ фундамента Сибирской платформы, претерпевший в ходе своего развития подифацивльный многофазный метаморфизм и гранитизацию.

Цель и задачи.Делью работы является создание эволюционной схемы процессов метаморфизма и гранитизации Шарыжалгайского выступа в раннем докембрии. Для ее достижения нужно решить следующие задачи: I) выяснить количество тектоно-метаморфическкх циклов в пределах блока в данный период его эволюции; 2) в пределах каждого цикла реконструировать физико-химические параметры метаморфизма и гранитизации, их эволюцию во времени и изменчивость (или однородность) по латерали; 3) выяснить взаимоотношения гранулитового и амфиболитового метаморфизма и гранитизации (относительный возраст, отличие ретроградных процессов и диафтореза). Метод исследования. Основными методами исследования явились анализ парагенезисов и численные оценки параметров процессов по минеральным равновесиям в метаморфических породах и мигматитах. Кроме того, в отдельных случаях такие оценки проводились по данным изучения флюидных включений. Даш выяснения возрастных соотношений Л.В.Суминым (ВИМС Мингео СССР) были выполнены оценки возраста цирконов из пород разных типов, широко использовался обширный литературный материал.

Фактическая основа работы. В основу работы положены результаты полевых и камеральных исследований Шарыжалгайского выступа, проведенных автором в 1982-1987 г. Детально изучен я задокументирован непрерывный разрез протежнностью более 80 км у юго-восточной оконечности выступа вдоль побережья оз.Байкал (меаду портами Байкал и Култук). Совместно с сотрудниками ИЗК и СибГЕОХИ СО АН СССР (г.Иркутск) проведены исследования в бассейнах рек Китой, Жидой, Тойсук, Онот. Собрана и изучена коллекция из 3600 шлифов, расчеты параметров минеральных равновесий опираются на 1000 точечных определений состава минералов на микрозонде (большинство из которых выполнено автором в ИЭМ АН СССР). В криокамере Н.В. Бердннкова совместно с ним в ИТиГ ДВНЦ АН СССР изучено более 2Ш0 флюидных включений в минералах. Обработаны 10 полных силикатных анализов пород из детального разреза крыла гранит о- гнейсового купола меаду 115 и 116 км КМД. Проведено изотопное датирование РЬ - РЬ термоизохронным методом цирконов из 12 проб (данные получены Л.В.Суминым, ВИМС Мингео СССР). Автор ознакомился с материалами и коллекциями шлифов А.И.Сезько, Ф.В.Кузнецовой, А.С.Ескк-на, О.Р.Матисона, З.И.Петровой, В.И.Левицкого, Л.С.Мехоношин.М.А. Горновой, А.А.Шафеева, А.И.Мельникова, Л.Л.Перчука и А.Л.Нерчука Научная новизна работы. Впервые для региона проведено сравнение РТ-характеристик и флюидного режима двух главных этапов метаморфизма и гранитизации: позднеархейского и раннепротерозойского. Для мигматитов позднего архея доказано единство комплекса эвдер-битов, чарнокитов и части двуполевошпатовых биотитовых гранитов, представляющих генетически единый эволюционный ряд и возникающих при магматическом замещении метаморфических толщ при РТ условиях гранулитовой фации в присутствии богатого С02 флюида. Определена эволюция РТ параметров, химизма и флюидного режима процессов гранитизации при возникновении пород этого эволюционного ряда. Для раннепротерозойских метаморфитов доказана идентичность РТ параметров регрессивных изменений в архейских гранулитах с прогрессивно метаморфизованными зональными комплексами раннего протерозоя (расположенных в наложенных на архейский цоколь цротоплатфо-рменных прогибах). На основании этого сделан вывод об их генетическом единстве и, следовательно, диафторическом характере амфи-болитового метаморфизма по отношению к гранулитовому.

Защищаемые положения. I) На основании комплексного анализа геологических, петрологических и радиологических данных в пределах Шарнжалгайского выступа детализированы существенные отличия двух наиболее интенсивных циклов метаморфизма и гранитизации: поздне-архейского 1ранулитового и раняепротерозойского амфиболитового. 2) Гранулитовый метаморфизм носил площадной малоградиентный характер. Наибольшие отличия - между крайней юго-восточной частью выступа (побережье оз.Байкал) и междуречьем БолДидоя- Тойсуна ("тойсукский диапироид"): Т=700-8ГО°С, Р=5-6 кбар и Т=750-850°С, Р=7-8 кбар соответственно. 3) В ходе архейской гранитизации при температурах 1ранулитовой фации возник генетически единый эволюционный ряд мигматитов разного состава. Эволюция шла в направлении увеличения калиевости расплавов и обогащения флюидов н20. Этап закончился общим воздыманием блока и спадом литостатическо-го давления. 4) Раннепротерозойские преобразования амфиболитовой фации локально наложены на архейские гранулиты при Т=500-620°С и Р=2-4 кбар и являются дагафторяческиии по отношению к архейскому метаморфизму.

Практическое значение. Результаты исследований могут быть использованы при составлении схем и моделей эволюции фундамента юга Сибирской платформы. Способ расчленения немых метаморфических толщ по оценкам РТ параметров метаморфизма внедрен в геологическое производство совместно с сотрудниками Иркутской ГСЭ. Публикации и апробация. Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 8 работах. Ее основные положения докладывались и обсуждались на 1У региональном Восточно-Сибирском петров графическом совещании (Иркутск, 1985), совещании'"Гаология и геохронология Сибирской платформы и ее обрамления" (Иркутск,1987), Второй национальной молодежной нколе по геологии с международным участием (НРБ, София, 1987), на XII, ХШ и Х1У конференциях молодых ученых геологического факультета МГУ (Москва, 1985,1986,1987), на конференции молодых ученых ИГЕМ АН СССР (Москва, 1987). Объем и структура работы. Диссертационная работа общим объемом

..... страниц состоит из введения, 4 глав, заключения и списка

литературы (.......) наименований, содержит......таблиц и.....

рисунков.

Работа выполнена в лаборатории метасоматизма и метаморфизма ИГЕМ АН СССР и во время заочной аспирантуры на Геологическом факультете МГУ. Автор глубоко благодарен своему научному руководителю проф. Л.Л.Перчуку за большую помощь и постоянную поддержку при выполнении данной работы. В разное время автор знакомился с материалами, а также пользовался консультациями и обсуадал полученные результата с докторами геол-мин.наук С.П.Кориковским, Н.Н.Перцевым, чл.кор. АН СССР проф. Ф.А.Летниковым, кандидатами геол.-мин.наук Л.Я.Арановичем, К.К.Поддесским, А.И.Сезько, Ф.В. Кузнецовой, А.С.Ескиным, О.Р.Матисоном, А.А.Шафеевым, М.И.Груди-ниным, Ю.В.Меньиапшым, А.И.Мельниковым, З.И.Петровой,В.И.Левицким, А.С.Мехоношным, М.А.Горновой, В.Г.Рыбаковым,а также A.A. Бажиным, В. В. Приваловым, докторами Э.С.Грю (Университет Мэн США) и М.Брауном (Кингстонский политехнический институт, Великобритания). Выполнение значительной части микрозовдовых исследований минералов стало возможным благодаря помощи И.М.Романенко, Г.А. Мищенчук и других сотрудников Лаборатории рентгеноспектральных методов исследований ЮМ АН СССР, а исследования флюидных включений - Н.В.Бердникова и Л.П.Карсакова (ИТиГ ДВНЦ АН СССР).Определение возраста цирконов термоизохронным методом выполнено Л.В. Суминым (БИМС Мингео СССР). Всем им автор выражает свою искренни» благодарность.

Принятые сокращения:

Сзааволы минералов: Аб—альбит, Акк-актинолит, Алс—силикаты .AI, Ам-амфвбол, Ад-анортит, Анд-андалузит, Би-биотит, Вол-волласто-нит, Гр-гранат, Кед-жедрит, Илм-ильменит, Карб-карбонат, Кал-кальцит, Кв-кварц, Ки-кианит, Кор-кордиерит, Кпш-калиевый полевой нпат, Кум-куммунгтонит, Мп-моноклинный пироксен,Мт-магнетит,ЭДус-мусковит, 0К-А120з в Оя-оливин, Пир-пироп, Пл- плагиоклаз, Ро-роговая обманка, Рп-ромбический пироксен, Руд-рудные минералы, Рут-рутил, Сап-салфирин, Сил-силлиманит, Ск-скалолит,Фл-флогопич Фо-форстерит, Хл-хлорит, Црн-циркон, Шп-шпинель, Эп-эпидот; физико-химические параметры: Хр ( ар )-мольная доля (активность) компонента Р в фазе (позиции) А, Р—давление, Т—температура, А32- магнезиальность (32 мол£) минерала А или номер Нп; географические названия: КВ6Щ - крутобайкальская железная дорога, ПБ-побережье оз.Байкал (между портами Байкал и Култук), ТД-"тойсук-

ский диапироид" (термин Ф.В.Кузнецовой, см.текст), ШВ-шарыжалга-йская серия.

ОСНОВНОЕ СОДЕРВАНИЕ РАБОТЫ

Глава I. Геологический очерк Шарыжалгайского выступа

Шарыжалгайский блок является выступом фундамента Сибирской платформы в зоне краевого вша - структуры сочленения Сибирской платформы и Саяно-Байкальской складчатой области (Грабкин, Мельников, 1980). Блок протягивается почти на 300 км в северо-западном направлении от южной части оз.Байкал между истоком р.Ангары и портом Култук в виде клиновидной полосы (шириной около 80 км на юго-востоке и 15-20 км на северо-западе). С юга и юго-запада он мраничен зоной глубинного Главного саянского разлома, с северо-востока трансгрессивно перекрыт или надвинут вдоль разломов на стратифицированные отложения чехла платформы.

Работы Б.З.Коленко, А.А.Шафеева, Л.П.Никитиной, В.Я.Хильто-вой, И.Н.Крылова, В.В.Хлестова, Ф.В.Кузнецовой, З.И.Петровой,В.И. Левицкого, А.С.Ескина, О.Р.Матисона, О.В.Грабкина, А.И.Мелышко-ва, А.И.Сезько, В.Б.Савельевой и других исследователей выявили основные черты строения ЕВ. Его архейское основание состоит из ряда блоков: йркутного на юго-востоке, центрального Китойского и Булуяского на северо-западе, отделенных друг от друга зонами разломов. Геохимические данные свидетельствуют о том, что ЩЗ представляла собой слоистую вулканогенно-осадочную толщу с подчиненным количеством хемогенных осадков и многочисленными телами то-леитовых базальтов типа островодужных, а также небольшим количеством гипербазитов (Петрова, Левицкий, 1975,1979,1982,1984). Породы серии метаморфизованы в условиях гранулитовой и амфиболито-вой фаций и интенсивно гравитизированы. Кузнецова (1981) выделила в междуречье Тойсука и Бол.Хидоя тойсукский диапироид (ТД) глубинных гранулитов и высказала представление, что он является частью линейного пояса гранулитов чогарской и сутамской фаций, трассируемого к побережью Байкала и окруженного менее глубинными гранулитами алданской фации. Учитывая спорность тектонических трактовок ТД, его границ и глубинности слагающих его пород,в дальнейшем будем употреблять этот термин лишь для обозначения географического места выхода гранулитов в междуречье Бол.Хидоя и Тойсука. Комплекс имеющихся радиологических датировок пород ШВ

(Докембрий Вост.Саяна, 1964; Крылов и др. 1980; Волобуев и др., 2980; Сандимирова, 1980; Крылов и др., 1980; Грудинин, Меньшат-гин, 1987; Бибикова и др.,1981 и др.) показывает, что в раннем докембрии в пределах ШВ наиболее ярко проявлены два эндогенных цикла: с возрастом 2,6+0,1 и 2,0+0,1 млрд.лет .(кроме того.Бран-дтом и сотрудниками получены пока еще единичные цифры возраста больше 3 млрд.лет, допускающие различные интерпретации). Анализ всей совокупности накопленного материала выдвигает следующие щ»-блемы.

1. Выявление возрастных и геодинамических соотношений по-лифациальных и полихронных метаморфических процессов (выяснение возрастных соотношений гранулитового и амфиболитового метаморфизма и синметаморфической гранитизации, соотношение юс с основными геодинамическими циклами).

2. Возрастные и петрологические соотношения процессов метаморфизма и гранитизации (фациальные и возрастные соотношения процессов образования мигматитов разных типов и метаморфизма).

3. Фрагментарными и часто противоречивыми являются оценки РТ параметров и флюидного режима процессов метаморфизма и гранитизации, данные о характерных отличиях этих параметров между циклами и их эволюция в пределах каждого цикла.

Глава 2. Петрографические особенности докембрийских

метаморфических пород Шарнжалгайского выступа

ПЮ представляет собой пачку переслаивающихся метапелитов, метабазитов и карбонатных пород с подчиненным количеством ульт-рабазитов и кварцитов, метаморфизованных в условиях алданской фации глубинности и почти повсеместно интенсивно гранитизиро-ванных. В отдельных местах 1ранулиты и изотемпературные им мигматиты носят следа регрессивных преобразований в условиях амфиболитовой фации. В работе даны петрографические характеристики метаморфитов и мкпиатитов разного состава.

Неизмененные породы гранулитовой фапии. Ультрабазиты. Встречены в виде двух тел грубозернистых пироксенитов и оливи-нитов в прибрежных обнажениях близ пади Крутая 1Уба, а также многочисленных мелких будин и скиалитов двупироксеновых и пи-роксен-роговообманковнх гневеовидных пород среди гнейсов, мета-базитов и мигматитов побережья Байкала. В местах гранитизации пе-

рода интенсивно амфиболизированы и биотизировалы. Метабазиты. Важнейшим отличием метабазитов ТД от пород берега Байкала является наличие в первых реликтовой ассоциации Мп+Гр.Основная масса порода состоит из Мп+Рп+Ро^т+Кл+Илм. Порфиробластн Гр окружены симплектитовыми каймами Пл+Ро+Рп при распаде ассоциации Мп+ +Гр. В Гр падает от 16-17 мол.? в центре до 12% в краевых частях с одновременным увеличением ХРе и Хмп при почти постоянной ХСа =19-20. Безгранатовые амфиболиты и кристаллические сланцы и богатые СаО гнейсы ПБ состоят из Пл+Ро+Мп+Рп+Би+Мт+Иш^ +Ап+Црн+Кв. Скиалиты амфиболитов (Пл60_70+Ро+Мп) в гранитоидах часто окружены тонкими каймами Елд5+Рп+Би+Мт+Кв. Магнезиаль-ность силикатов при этом падает. В лейкократовых разностях обычны каймы буро-зеленой эденит-гастингситовой Ро и титанистого Би по пироксенам. Метапелиты цредстазлены Бж-,Гр-Би-,Кор-Гр-Би-и Кор-Рп-Гр-Би-гнейсами и сланцами в разной степени хранитизи-рованными. Характерная черта - широкое развитие кайм Кор или симплектитов Кор+Кв+Рп, Кор+Шп по порфиробластам Гр. Х^д Гр слабо падает от центра к краевым частям зерен. Ассоциация Гр+Кор + +Би+Кв+Кпш широко распространена в Тд и лишь спорадически - в обнажениях на Пб. Важнейшей чертой всех метапелитов ШВ является отсутствие в них равновесной ассоциации Рп+Сил, а Гр в ассоциации с Сил, 'Сор и Кв и/или с Кор.Рп и Кв не превышает 35-40 мол.?. Кварциты, содержащие Сил,Би,Гр,Кор,Сап,Рут,Мг,Рп,Кпш и ТД, состоят из микрообособлений (кластеров) зерен глиноземистых минералов, разделенных кварцевой матрицей и часто неравновесных друт с другом. Хм$ Гр колеблется от 43 (в контакте с Сал+Кв)до 27 (в контакте с Кор). Карбонатные породы представлены кальци-товыми и доломитовыми мраморами и кальцифирами с Фо,Шп,Мд,Фл.Широко проявленные в этих породах метасоматические процессы подробно изучены Петровой и Левицким (1984, и др.). Митаатиты тлеют состав Би-, Ам-Би-, Мп-Би-, Гр-Би-хранитов и граннтогнейсов, эндербитов и чарнокитов. При удалении от фронтальных частей грвг-нитизации породы осветляются, в них постепенно исчезают теневые структуру и скиалиты, часто они приобретают облик магматических пород. Цри гранитизации метапелитов первыми исчезают Сил,Шп,Кор, потом Гр, снижается Хд| Би. Замещение амфиболитов происходит путем последовательной эволюции мигматитов в ряду эндербит-»ча-рнокит-» двуполевошатовый Би-гранит. В обнажениях близ 90 км

КШД обнаружены Гр-содержащие эвдербиты и чарнокиты с ХМд Гр до 41 мол./? (вероятно, это саше глубинные мигматиты в ШВ). Регрессивные преобразования в гранулитах в условиях амфиболито-вой фации проявлены локально, пятнами и обычно сопряжены с участками раннепротерозойской гранитизации. В зависимости от степени преобразований первичные структуры пород полностью исчезают или сохраняются в большей или меньшей степени. По богатым СаО гра-нулитам развиваются ассоциации Еи+Ам+Хл+Эп, Би+Хл+Мус+Эп и Би+ +Са-Ам+Кум (в отсутствие Мус и Кпш), содержащие, как правило.также кислый Пл,Мт,Кв,Сф. Типичны структуры замещения высокотемпературных силикатов Хл,Би (нлзкотитанистым, буро-зеленого цвета), тонкозернистым агрегатом Ам+Эп+Пп. Относительно редки замещения Пл скаполитом, а Ро - агрегатом Пл+Кум. Метапелиты перекристал-лизовываются с развитием ассоциаций Гр+Анд(Сил-фибролит)+КОр,Би+ +Мус+Кор, Гр+Би+Хл, В мигматизированных гнейсах часты интенсивная мусковитизация и/или биотитизацкя, зерна Гр замещаются Би+Хл, титанистый Би гранулитов - агрегатом низкотитанистого зеленоватого Ей и Хл или Мус и Би. По Рп развивается мелкочешуйчатый Би, Хл, реже - Кум. В метапелитах китойской свиты хр.Уныман-Барон широко распространены каймы замещения Кор+Жед и Пл+Кум по Гр. Как правило, регрессивные преобразования гранулитов ШВ имеют незначительную интенсивность и происходят примерно в условиях Би-ЭДус-Клиьсубфации, по Кориковскому (1979). В карбонатных породах преобразования почти всегда сопряжены с местами интенсивного метасоматоза и выражаются в развитии Акт по Мп, Ск по Пл с дальнейшим замещением агрегатом Гр+Цо, замещением Бол агрегатом Кал+Кв, пренитизации, эпидотизации. Зональные метаморфические комплексы в протоплатформенных прогибах раннего протерозоя (Сезько, 1988) изучены наш на примерах сублукской, малоиретской и алангарской свит, метапелиты которых содержат ассоциации Ки(Сил)+Кор+Би+ЭДус+ +Ст, Анд+Сил+Кор+Би+Му с+Гр, Гр+Кор+Ки+Би+Кв+Ст, Кв+Гр+Анд+Би+Хщ-+Мус с многочисленными прогрессивными структурами кордиеритиза-ции. В переслаивающихся с ними богатых СаО микрогнейсах устойчивы Кв+Ел+Кдпн-Эп+Ам+Би+Гр+Сф, Ам+Пл+Хл+Би+Сф.

Глава 3. Минералогия докембрийских пород Шарыжалгайского

выступа

В главе обсуждается зависимость типоморфных особенностей состава основных породообразующих минералов (Са-Ам, Би,Рп,Мп,Гр, Кор,Шп,Сап,Хл,Пл) от РТ условий метаморфизма пород и степени ми-гматизации. Саг-Ам в силикатных породах гранулитовой фации представлен буро-зеленой Ро (преобладающие миналы: паргасит, эденит, чермакит, характерны незначительные количества керсутита), в породах с регрессивными преобразованиями - Ам ряда от обыкновенной Ро к Акт, низкотитанистые. Би в неизмененных гранулитах законо— мерно отличается повышенным содержанием фяогопит-аннита (Хд^= 0,01-0,13) по сравнению с регрессивно преобразованными (0,100,16), причем этот параметр закономерно увеличивается от Би ме-табазитов (0,1-0,08) и архейских мигматитов (0,01-0,10) к Гр-со-держащим эндербитам (0,05-0,12) и метапелитам гранулитовой фации (0,06-0,13). Би из пород гранулитовой фации более титанистый {Хг, =0,05-0,12), чем в регрессивно измененных (0,01-0,06).Мелкие зерна Би, включенные в Гр, как правило, тлеют большую , чем Би из матрицы этой же породы (при близких Х-п и Хд^-) вследствие более поздних обменных реакций (Перчук и др.,1983). Рп малоглиноземистый (содержит от первых долей вес./? АГ^Од в метабазитах до 6-7$ в метапелитах гранулитовой фации). Пл из негранитизиро-ванных метабазитов содержит 60-75 мол.? Ан, из метапелитов - 35455?, его основность закономерно уменьшается в гранитизированных и регрессивно преобразованных породах, достигая 15-20$. Шп глиноземистых пород гранулитовой фации содержит до 7 вес.% ~Z.nO и 2 вес.% Сг20з при Хмд =18-37 мол.%. Сад из глиноземистых кварцитов ТД близ к к составу (Мд,Ре)0:(А1 , Ре )203: Б! 02=7:9:3 , описанному в глубинных гранулитах разных регионов, X =70-75мол^ Хл-рипидолит-пиннохлорит с Хмд =45-50 . Ху(д одноименных силикатов в гранитизированных породах обычно ниже, чем в неграни-тизированных. Некоторые характеристики состава минералов приведены в табл.1.

Табл.1. Некоторые типоморфные особенности состава минералов из пород Шарыжалгайского выступа

Гранат | Са-Ам | Биотит | Рп | Мп | Кор ТГ-^----г

^Са XMg xMn jXAi ХМд j Х"П хМд j магнезиальность

1 10-30 15-40 1-5 25-50 55-75 6-И 40-70 50-65-63-76

2 1-5 15-42 1-3 - - 4-12 60-75 47-62 - 77-87

3 - - - 0-20 50-70 4-7 55-60 - 67-70

4 1-5 20-41? 1-5 25-40 35-60 4-II 40-70 30-60 57-70

5 1-5 5-15 1-П 0-12 68-75 1-7 40-70 - - 60-75

Примечание. 1-4 - порода гранулитовой фации (I - метабазиты, 2 -метапелиты и кварциты с глиноземистыми минералами, 3 - карбонатные порода, 4 - мигматиты, Гр-содер-жащнй эндербит), 5 - метапелиты и метабазиты с регрессивными изменениями амфиболитовой фации.

Глава 4. Эволюция процессов метаморфизма и гранитизации в раннем докембрии Шарыжалгайского выступа

При реконструкциях эволюции физико-химических параметров процессов метаморфизма и гранитизации мы пользовались детально разработанной фациальной схемой метапелитов Кориковского (1979), в отдельных случаях - диаграммами Перчука (1970,1973) и Мараку-шева (1965,1973), а также набором взаимосогласованных минералогических термометров и барометров (ПерчукД070;Перчук, Рябчиков, 1976;Перчук и др.,1983; Аранович, 1983,1984), в отдельных случаях Ghent 1976; Wells , 1977; Wood , Banno ,1973; Perkins et al ,1982,1985. Контролем непротиворечивости результатов явилось получение их независимыми методами.

Метаморфизм в температурном интервале гранулитовой фациь. Метаморфиты гранулитовой фации в ШВ имеют площадное распространение. Реликтов более древнего метаморфизма нигде установить не удается. При атом образование кайм Рп+Пя+Мт вокруг скиалитов амфиболитов в эндербитах и чарнокитах происходит вследствие ощелачивания при их гранитизации (а не при прогрессивном наложении метаморфизма гранулитовой фации на амфиболитовый. Кузнецова, 198]). Метаморфизм мелоградиентный,наиболее яркие различия РТ условий кульминационного этапа - между побережьем оз.Байкал и ТД. В пос-

леднем широко развиты гнейсы Гр-Кор-Рп-Кпш субфации (отвечающей наибольшим температурам метаморфизма в регионе) в переслаивании с Сап-кварцитами и пироксен-амфиболовыми кристаллосланцами с реликтами ассоциации Мп+Гр. В береговых обнажениях Байкала метапе-литн этой субфации встречаются лишь спорадически, в гнейсах широко распространены ассоциации менее высокотемпературных Би-Рп— Гр-Кпш и, реже, Би-Кпш-субфации, а в метабазитах отсутствует Гр, что свидетельствует о менее глубинных, чем в ТД условиях метаморфизма. Полное отсутствие в ШВ равновесных Рп+Сил говорит о незначительной глубинности метаморфизма (Р^: 7-8 кбар) в пределах всего региона. Чередование пород всех трех субфаций алданской фации на побережье Байкала свидетельствует об условиях метаморфизма: примерно Р=4-6 кбар цри Т=700-820°С (при которых границы субфаций сближены), а для ТД'- Т=800-850°С цри Р=6-8 кбар. Эти оценки хорошо подтверждаются данными минералогической термо- и барометрии как в метапелитах, так и в метабазитах (табл.2). Наиболее надежны эти оценки для магнезиальных ядер Гр и силикатов из матрицы-породы (окруженных минералами, не способными вступать с ними в обменные катионные равновесия) при условии контроля за постоянством фазового состава породы.

Таблица 2. Кульминационные условия метаморфизма пород Шарыжалгайского выступа, по данным минералогической термо- и барометрии

р.р.Тойсук-Жидой (ТД) ; побережье оз.Байкал

1 Т (°С) 1 Р (кбар)! Т (°С) ! ! Р (кбар)

Метабазиты 750-820 6,5 720-830 5-7х-'

металелиты 810-850 6,5-8 720-770 4,5-6

Сап-кварци-

ты 850 7,5-8 —

Оценки по данным изучения включений COg и минералогической

термометрии.

По равновесиям с участием Би из метапелитов, кварцитов с глиноземистыми минералами и слабо гранитизированкых метабазитов оценена а^0 =0,16-0,22. Такие низкие значения косвенно подтверждаются углекислотным составом флюидных включений в гранули-тах ШВ (Курдюков, Бердников, 1987). Расчет давлений захвата этих

включений (уд.объем 0,93-1,02 см3/г) дает значения 5-7 кбар.

Изменение физико-химических параметров метаморфизма отражено в возникновении реакционных кайм, замещающих порфиробласты Гр (симплективы Пл+Ро+Рп в метабазитах ТД, каймы Кор, Кор+Рп,Кор+Шп, Кор+Кв - в метапелитах), и изменениях состава минералов сникениз ХМд- Гр и возрастание - у Би и кор вблизи контактов). РТ оценки окончания катионного обмена Гр и минералов реакционных кайм следующие: Т=640-660°С, Рч< 6,5 кбар (метабазиты ТД), Т=530-650°С, Р=2,7-5 кбар (Сап-кварциты и метапелиты Байкала и ТД). Сходные значения получены по равновесиям Ам+Пл и Ам+Би в безгранатовых метабазитах Байкала. Эти оценки могут отражать как конец ретроградного тренда архейского метаморфизма, так и температуры наложенных изменений. Высокая сохранность высокотемпературных ассоциаций в гранулитах, отсутствие, как правило, в них вторичных изменений и совпадение приведенных оценок с РТ условиями наложенных процессов (см.ниже) свидетельствуют в пользу второго предположения. Возможны как прогрессивная (с ростом Т), так и регрессивная (одновременное падение Р и Т) интерпретации происхождения кордиеритовых кайм, однако, их явная сингенетичность каймам Пл+Ро в метабазитах и Пл+Рп каймам в Гр-эндербитах позволяет предположить их образование на спаде Р и Т при, вероятно, крутом наклоне РТ тренда (круче линий образования ассоциаций с Кор по Гр. Такой характер тренда подтверждается данными по реакциям Пир=3 Эн+ОК 1/2 Ре -Ко£н-Зн=1/2 Мд -Кор+Фс (термодинамические данные Ара-новича, Подлесского, 1988). Тренд по включениям С0£ и данным минералогической термометрии (принимая во внимание оговоренные ограничения) имеет сходный наклон и координаты высокотемпературной части. Координаты низкотемпературной части трендов менее надежны (в связи с трудностями разбраковки влияния разновозрастных процессов, включений разных генераций). Предположительно крутой РТ тревд эволюции архейского метаморфизма соответствует быстрому во-здаманию региойа (вероятно, со спадом давления по крайней мере до 3-4 кбар) й "замораживанию" высокотемпературных гранулитовых ассоциаций. Наличие сходного тренда в высокотемпературных мигматитах позволяет предположить массовую гранитизацию, приведшую к всшшванию гранито-гнейсовых куполов, в качестве одной из возможных причин этого воздымания.

При гранитизации в температурном интервале гранулитовой фации возник комплекс мигматитов разного состава. На фронте заме-

щения их состав определялся составом замещаемого метаморфического субстрата. В случае большой мощности зоны мишатизации в ее тыловых частях постоянно присутствуют двулолевошпатовые биотито-вые граниты. Ряд наблюдений говорит о том, что часть этих гранитов сингенетична другим архейским высокотемпературным мигматитам (Курдюков, 1988) и не может быть скоррелировава с раннепротеро-зойским амфиболитовым метаморфизмом (Корреляция эндогенных ...., 1979): I) постепенные переходы основные гранулиты-»- эндербиты-»-чарнокиты —»- Еи-граниты (т.е. отсутствие резких геологических контактов, постепенная и непрерывная эволюция химического и минерального состава пород и состава минералов, единый непрерывный тренд плотности включений С02); 2) состав Би и Ам полностью соответствует гранулитовой фапии (в Би-гранитах Ам, Рп и Мп - из краевых частей скиалитов и теневых структур); 3)температуры ка-тионного распределения между Рп, Мп, Ро из пород этого ряда попадают в интервал 730-830°С; температуры равновесий Ам+Би (550— 610°) и Пл+Кпш (500-550°), видимо, отражают условия наложенных изменений. Давления кристаллизации мигматитов определялись жо включениям С02 и данным минералогической термометрии. Наиболее глубинными являются обособления Гр-эндербитов и чарнокитов среди безгранатовых мигматитов близ 90 км КЕЕД (Т=820°С, Р=7,5 кбар для равновесий магнезиального ядра Гр и минералов матрица и по данным включений С02). Безгранатовыеондербиты и чарнокиты образовались при Т=700-820°С, Р=3,5-7,5"кбар (уд.объем С02=0,92-1,30 см3/г), Би-граниты - при Т=700-780°С, Р < 5,5 кбар (уд.объем С02= 1,02-2,14 см^/г).

Цри эволюции мигматиэации a^Q возрастает от 0,16-0,22 в

слабо гранитизированных гранулитах, 0,3-0,4 - в чарнокитах до 0,4-0,5 в Би-хранитах и пегматоидных чардокитах (оценки по минеральным реакциям с участием Би). Соотношение составов мишатитов и замещаемого субстрата, состав гранитизирующего флюида (по данным флюидных включений и минеральных равновесий) показывают, что соотношение COg/HgO во флюиде задавалось ювенильным источником, а щелочность - кислотно-основным взаимодействием с замещаемыми породами. На начальных стадиях процесс имел натровый, а на поздних - калиевый характер (отношение K/Na непрерывно возрастает на фоне общего увеличения щелочности с одновременным ростом Fe/ /Fe2+ в породах и минералах).

Такая эволюция режима щелочности, по данным большинства исследователей, характерна для синметаморфических гранитоидов гра-нулитовой фации многих регионов. Экспериментальные данные по распределению К и № между кислыми силикатными расплавами (стеклами) и фпшдами (Зырянов, Перчук, 1978; Перчук, 1982; Челищев, 1974 и др.) свидетельсвуют об относительном обогащении К расплава по отношению к равновесному с ним водному или водно- углекио-лотному флюиду. Таким образом, фильтрация таких флюидов через расплав приведет к закономерной эволюции состава обоих в сторону обогащения К.

Эндогенные процессы раннего протерозоя в Восточном Саяне и Присаянье сформировали на архейском основании (представленном шарыкалгайской серией и ее аналогами) рад трогов и протоплатфор-менных прогибов с характерными, общими для всего региона особенностями (Никитина, Хильтова, 1971; Сезько, Ескин, 1976; Сезько, 1983,"1988, Сизых, Шафеев, 1976). Прогибы заполнены осадками и вулканитами, налегающими с несогласием на архейское основание, с прогрессивным метаморфизмом Адц-Сил типа (Сезько, 1988).Термальные оси этих комплексов совпадают с местами развития раннепроте-розойских синметаморфических 1ранитоидов (саянский комплекс и его аналоги), а условия метаморфизма прилегаюцих зон не превышают средней части амфиболиговой фации (Никитина, Хильтова, 1971 ; Сизых, Шафеев, 1976; Сезько, 1988). В метапелитах малоиретской свиты (малоиретский протоплатформенный прогиб) сублукской свиты и алангарской толщи (онотский прогиб, Сезько, 1988) нами изучены минеральные ассоциации верхов зеленосланцевой и амфиболитовой фации (от Би-Ст-Алс до Би-Ыус-Алс-субфации, по Кориковскому,1979), а в переслаивающихся богатых СаО породах - Ам-Би-Эп-микрогнейсы. В метапелитах Алс представлен Сил, Анд, реже - Ки. Метаморфизм пород проходил при Т=500-620°С и Р=3-4 кбар. В гранулитах ШС за пределами прогибов отмечены регрессивные преобразования: перекристаллизация с одновременным развитием низкотемпературных ассоциаций (петрографические и минералогические особенности которых рассмотрены в главах 2 и 3). Участки и пятна регрессивных преобразований, как правило, пространственно приурочены к местам раннепротерозойской гранитизации. В обнажениях 150-155 км КШД пластовые тела двушгроксеновых кристаллосланцев в контактах с гранитоидами хлоритизированы, амфиболизированы, часты вторичные Эд и Сф. Регрессивные преобразования в метапелитах, как правило,

происходят в условиях Т=550~650°С, Р=2,5-3,5 кбар (от Би-Мус-Ало-субфации до появления Хл при спаде Т). Эти оценки подтверждаются данными по распределению катионов в ассоциациях Гр+Би, Гр+Хл,Гр+ Ам, Гр+Пл+Кв+Алс, Гр+Кор+Кв+Алс. Флюидные включения - первичные и первично-вторичные С02 малой плотности (уд. объем=1,08-1,20аРМ водно-солевые и низкокипящих газов (предположительно N2 , СН4 или их смесь, Курдюков, Бердников, 1987). Оценки Р по флюидным включениям (и данным минералогической термометрии) дают значения 1,5-4 кбар. Интересно, что включения.с такими же характеристиками встречены в гранулитах, чарнокитах и эвдербитах без каких-либо следов регрессивных преобразований, причем их форма, размер и характер распределения внутри зерен минералов свидетельствуют, об их более позднем захвате, чем высокоплотных, типичных для грану-литов. Возможно, захват таких включений в микротрещинах не сопровождался образованием низкотемпературных ассоциаций, но мог сопровождаться изменением состава минералов вблизи границ зерен.-В таком случае это дает одну из возможных интерпретаций низких температур, получаемых по минералогическим термометрам в "свежий" гранулитах, а также наличие в них "омоложенных" цирконов. Единичные замеры йц р в перекристаллизованных иетапелитах по ассоциациям с Би ^ дают значения 0,7-0,8. Характерно, что более высокая, чем в архейских мигматитах а^д - отличительная особенность раннепротерозойских мигматитов юга Сибирской платформы, часто имеющих мощные ареолы мусковитизацин и биотитизации (Кори-ковский, 1967).

Сходство РТ условий раннепротерозойской гранитизации, ассоциирующих с ней высокотемпературных зон раннепротерозойских метаморфических комплексов и регрессивных преобразований в гранулитах ШВ свидетельствует об их генетическом единстве.Таким образом, последние являются диафторезом ам$иболитовой фации в архейских гранулитах.и, вероятно, связаны с процессами раннепротерозойской активизации юга платформы.

ЗАКЛШЕНИЕ

На основе комплекса данных в раннем докембрии ШВ выделяются по крайней мере два цикла метаморфизма и гранитизации: позднеар-хейский и раннепротерозойский. Позднеархейский малоградиентный гранулитовый метаморфизм проходил при Т=700-830°С и Р ^ 7.5-8 кбар в присутствии флюида с низкой а™ 0 (вероятно, богатого

COg), имел площадное распространение и закончился мощными процессами высокотемпературной гранитизации и воздыманием региона (вероятно,. спад Р до 3-4 кбар). Раннепротерозойский диафторез амфиболитов ой фации при Т=550-620°С, Р=2-4 кбар и высокой а^0 во

флювде локально наложен на архейские гранулиты и связан с процессами раннепротерозойской активизации юга Сибирской платформы.

Основные работы по теме диссертации

1. О ранних этапах гранитизации гранулитовых комплексов (на примере Шарыжалгайского комплекса, ft-з. Прибайкалья)//Деп.ВИНИТИ. Материалы ХП конф.мол.ученых геол.фак.МГУ, М.,1985, 7 с.

2. О соотношении синметаморфических биотитовых гранитов и эндербо-чарнокитов в архее Шарыжалгайского выступа (ю.-з. Прибайкалье). //Тез.докл. на 1У Воет.-Сиб.регион, петрографич.совещании "Петрология, рудоносность и корреляция магматических и метаморфических образований, флюидный режим эндогенных процессов".Иркутск, 1985, с.162-165.

3. Эволюция процессов метаморфизма и гранитизации в раннем докембрии Шарыжалгайского блока (Прибайкалье). //Сб.резше Второй нац.молодеж.школы по геологии с международ.участием. София, 1987, 2с.

4. Развитие Шарыжалгайского метаморфического комплекса (Прибайкалье) в позднем архее - раннем протерозое. //Деп.ВИНИТИ.Материалы ХЕГ конф.мол.ученых геол.фак.МГУ. М.,1987, 5 с.

5. Геология, петрология и изотопный возраст Шарыжалгайского комплекса Прибайкалья. //Тез.докл. на регион.совещ."Геология и геохронология Сиб.платформы и ее обрамления". Иркутск, 1987, 2 с. (соавторы: Е.В.Бибикова, Т.И.Кирнозова, Л.Л.Перчук, С.П. Кориков-ский).

6. Взаимоотношения чарнокит-эндербитов и биотитовых гранитов в архее Шаржалгайского комплекса (юго-западное Прибайкалье). //Закономерности метамагматизма, метасоматизма и метаморфизма".М, Наука, 1987, с.113^135.

7. РТ условия метаморфизма и гранитизации Шарфжалгайского комплекса (юго-западное Прибайкалье). //Изв. АН СССР, сер.геол., 1987, й 12, с.42-49. (соавтор Н.В.Бердников)

8. Эволюция метаморфических процессов и гранитизации в ар-хее-протерозое Шарыжалгайского выступа (Прибайкалье). // Вопросы геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии". М., Наука, 1988, с.14-18.