Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Петрология эклогитов хр. Марун-Кеу (Полярный Урал)

ВАК РФ 04.00.08, Петрография, вулканология

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Тишин, Платон Алексеевич, Томск

Министерство общего и профессионального образования России Томский государственный университет

На правах рукописи

ТИШИН ПЛАТОН АЛЕКСЕЕВИЧ

ПЕТРОЛОГИЯ ЭКЛОГИТОВ ХР. МАРУН-КЕУ (ПОЛЯРНЫЙ УРАЛ)

Специальность 04.00.08 - петрология, вулканология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научные руководители: кандидат геолого-минералогических наук, доцент А.И. Чернышев; академик МАН ВШ, доктор геолого-минералогических наук,

профессор А.И. Гончаренко

ТОМСК - 1999

Оглавление

Введение...................................................................................................................4

Глава 1. ТЕКТОНИЧЕСКАЯ ПОЗИЦИЯ ВЫСОКОБАРИЧЕСКИХ ПОРОД

ХРЕБТА МАРУН-КЕУ В СТРУКТУРАХ ПОЛЯРНОГО УРАЛА.......................9

Глава 2. ОСОБЕННОСТИ ВНУТРЕННЕГО СТРОЕНИЯ МАРУНКЕУССКОГОЭКЛОГИТ-АМФИБОЛИТ-ГНЕЙСОВОГО

КОМПЛЕКСА........................................................................................................20

Глава 3. ПЕТРОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭКЛОГИТОВ И АССОЦИИРУЮЩИХ С НИМИ ПОРОД........................................................30

3.1. Петрография пород метабазитовой серии

Марункеусского комплекса..................................................................................30

3.1.1. Ассоциация гранатовых перидотитов...............................................30

3.1.2. Ассоциация пироповых эклогитов ....................................................38

3.1.3. Ассоциация альмандиновых эклогитов............................................49

3.2. Микроструктурная типизация эклогитов хребтаМарун-Кеу.....................56

3.2.1. Метабластовые микроструктуры эклогитов.....................................57

3.2.2. Метакластовые структуры эклогитов................................................67

Глава 4. ЭВОЛЮЦИЯ СОСТАВА ГЛАВНЫХ ПОРОДООБРАЗУЮЩИХ МИНЕРАЛОВ И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

ФОРМИРОВАНИЯ ЭКЛОГИТОВ И ГРАНАТОВЫХ ПЕРИДОТИТОВ.........74

4.1. Гранат...............................................................................................................74

4. 2. Клинопироксен..............................................................................................80

4 .3 Амфиболы.......................................................................................................86

4.4. Термодинамические условия формирования гранатовых.........................89

перидотитов и эклогитов......................................................................................89

Глава 5. ПЕТРОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ.....................................................101

5.1. Гранатовые перидотиты................................ ...............................................101

5.2. Пироповые эклогиты....................................................................................105

5.2.1. Метабластовый ряд...........................................................................105

5.2.2. Метакластовый ряд............................... ............................................109

5.3. Альмандиновые эклогиты...........................................................................112

Глава. 6. ПЕТРОХИМИЧЕСКИЕ И ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЭКЛОГИТОВ И ГРАНАТОВЫХ ПЕРИДОТИТОВ МАРУНКЕУССКОГО КОМПЛЕКСА......................................................................................................118

6.1. Петрохимия............................................................................................... 118

6. 2. Геохимия.......................................................................................................135

Глава 7. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

ФОРМИРОВАНИЯ ЭК ЛОГИТОВ И ГРАНАТОВЫХ ПЕРИДОТИТОВ

МАРУНКЕУССКОГО КОМПЛЕКСА...............................................................148

ЗАКЛЮЧЕНИЕ....................................................................................................164

ЛИТЕРАТУРА.......................................................................................................167

ПРИЛОЖЕНИЕ 1.............................................................................................181

ПРИЛОЖЕНИЕ 2.............................................................................................186

ПРИЛОЖЕНИЕ 3.............................................................................................190

ПРИЛОЖЕНИЕ 4............................................................................................ 193

Введение

Актуальность темы. Петрогенезис эклогитов, как одних из наиболее распространенных высокобарических минеральных ассоциаций, давно привлекает внимание исследователей и является одной из ключевых проблем в познании нижне-коровых метаморфогенных процессов. Разработанные и усовершенствованные в последние годы методы минералогических, термобарометрических и геохимических исследований дают возможность восстановить рубежи термодинамической эволюции эклогитов, разработать геодинамические модели их формирования. Однако предлагаемые модели вызывают острые дискуссии по целому ряду аспектов, одним из которых является специфика динамического режима эволюции данных образований. В решении этого и других вопросов генезиса эклогитов, наряду с традиционным изучением их петрографии, минералогии и геохимии, важное генетическое значение приобретает анализ особенностей внутреннего строения эклогитовых комплексов с применением петроструктурных методов исследования, которые до настоящего времени практически не использовались.

Цель и задачи работы определены научной тематикой лаборатории структурной петрологии и минерагении при кафедре петрографии Томского госуниверситета и сводятся к изучению особенностей петроструктурной эволюции мафит-ультрамафитовых ассоциаций в условиях метаморфизма высоких давлений и температур. В качестве объекта исследования выбран Марункеусский эклогит-амфиболит-гнейсовый комплекс, резко отличающийся по своим пет-рогенетическим особенностям от других высокобарических комплексов Урала. В ходе исследования решались следующие задачи:

1) анализ геотектонической позиции Марункеусского комплекса в складчатых структурах Полярного Урала;

2) исследование внутреннего строения комплекса и оценка его первичной структуры;

3) типизация породных ассоциаций Марункеусского комплекса;

4) изучение состава главных породообразующих фаз и Р-Т-условий метаморфизма высокобарических ассоциаций;

5) петроструктурный анализ породообразующих минералов;

6) петро- и геохимическая типизация эклогитов, выявление природы про-толита эклогитов и оценка эволюции вещества в процессе метаморфизма.

Фактический материал собран автором при проведении экспедиционных исследований в 1992 году. В процессе полевых исследований проводились многочисленные замеры плоскостных и структурных элементов (более 200). В 85 образцах геометрическим анализом определялось пространственное положение элементов минеральной уплощенности и линейности. Петрографический состав был изучен в 498 шлифах, а в 21 из представительных разновидностей пород проведены определения количественной оценки микроструктурных типов. Петроструктурные исследования породообразующих минералов выполнены в 12 образцах. Аналитические исследования основаны на результатах 296 микрозондовых анализов минералов, 91 полных химических анализов пород (50 из которых сделаны по оригинальным данным автора, а 41 взят из опубликованных работ Н.Г. Удовкиной (1971, 1985)), 38 количественных спектральных анализов и 48 определений золота методом полярографии. Анализ геологической позиции и внутреннего строения Марункеусского комплекса проводился с использованием опубликованных данных Н.Г. Удовкиной (1971, 1985), Н.Л. Добрецова, А.Ю. Молдаванцева, А.П. Казака (Добрецов, 1974, 1995; Казак, 1981; Петрология и метаморфизм ..., 1977), В.И. Ленных (1984), Румянцевой (1987).

Методика исследований заключалась в проведении крупномасштабного структурно-петрологического картирования с целью выяснения соотношений между породными образованиями комплекса и вмещающей рамы, а также их латеральной изменчивости. Особое внимание уделялось изучению деформационных структур пород,слагающих комплекс, что потребовало применения специальных методик, разработанных для анализа сложнодислоцированных толщ.

Полевые исследования включали изучение пространственной ориентировки плоскостных и линейных структурных элементов и отбор ориентированных образцов. С помощью стереографических построений (Родыгин, 1980; Казаков, 1976; Чернышов 1996) в образцах были установлены пространственные ориентировки гнейсовидности, сланцеватости, полосчатости, минеральной уплощенности, трещин кливажа (8) и минеральной линейности (Ь), которые вместе с данными полевых наблюдений послужили основой для изучения внутренней деформационной структуры комплекса.

В процессе лабораторных исследований внимание акцентировалось на выявлении пространственной ориентировки минералов по форме зерен и их внутреннему строению. Петрографические наблюдения сопровождались измерениями удельной протяженности границ минеральных зерен и степени их ориентации по методу направленных секущих (Салтыков, 1970), а также статистическим анализом гранулометрического состава породообразующих фаз. Пет-роструктурным анализом выявлены предпочтительные ориентировки кристаллографических осей породообразующих минералов. Графические построения осуществлялись на персональном компьютере с помощью программы "Krug", разработанной на кафедре петрографии Томского госуниверситета И.Ю. Уткиным, и пакета программ "Stereo Net".

При обработке петрохимических данных использовались методы математической статистики - кластерный анализ, корреляционный анализ, методы множественной корреляции и главных компонент. Петрохимические построения осуществлялась на ЭВМ с помощью пакетов программ "Statgraph" и "Statistical

Основные защищаемые положения

1. Особенности внутреннего строения Марункеусского эклогит-амфибо-лит-гнейсового комплекса определяются проявлением двух этапов пластических деформаций. Первый фиксируется системой асимметричных полулежачих опрокинутых складок, образовавшихся в условиях высокопластического течения. Второй этап обусловлен дезинтеграцией первичной структуры с формированием чешуйчато-блокового строения комплекса. Деформации этого этапа протекают на фоне инверсии тектонического режима от чистого сдвига к простому и сопровождаются усилением роли катакластического течения.

2. Петрографическое разнообразие высокобарических ассоциаций определяется развитием трех основных ассоциаций: гранат-перидотитовой, пироп-эклогитовой и альмандин-эклогитовой. Их пространственные взаимоотношения и петрогеохимические особенности позволяют рассматривать в качестве протолита данных пород перидотит-троктолит-габбро-долеритовый комплекс древней океанической коры.

3. Эволюция минерального состава основных таксонов протодифферен-цированной серии определяется изофациальными метаморфическими преобразованиями прогрессивной и регрессивной направленности. Прогрессивный

тренд выражается в развитии на месте магматических пород гранат-пироксен-оливиновых, кианит-омфацит-пироповых, барруазит-омфацит-альмандиновых ассоциаций на фоне возрастания температуры (от 540 до 875°С) и давления (от 8 до 21,5 кбар). Регрессивный тренд фиксируется замещением эклогитовых минералов с образованием гранат-цоизит-амфиболовых и альбит-диопсид-фен-гит-альмандиновых парагенезисов в условиях падения температуры (до 550°С) и давления (до 12,5 кбар). При этом, протоградный и ретроградный метаморфизм сопровождается формированием в породах микроструктур метабластово-го и метакластового ряда соответственно.

4. Установленные в эклогитах и гранатовых перидотитах петроструктуры главных породообразующих минералов подтверждают двухэтапную эволюцию Марункеусского комплекса. Метабластез прогрессивного этапа контролируется развитием кинетически устойчивых агрегатов зерен в условиях преобладания процессов роста минеральных индивидов над их деформацией с последовательным увеличением роли собирательной кристаллизации. Регрессивная дезинтеграция петроструктур реализуется механизмами внутрикристалличес-кого скольжения и синтектонической рекристаллизации в условиях возрастания скорости деформации.

Научная новизна заключается в том, что впервые проведено комплексное структурно-петрологическое картирование высокобарических метаморфических формаций на примере Марункеусского комплекса с использованием геометрического и петроструктурного анализов, детальных петрографических, минералогических, петрохимических и геохимических исследований. Установлены вариации тектонических и термодинамических условий метаморфизма эклогитов и ассоциирующих с ними пород.

Практическая ценность: 1) выявленная внутренняя структура и стадийность формирования Марункеусского комплекса может быть использована при геологическом картировании и составлении тектоно-метаморфической схемы региона; 2) установленные закономерности распределения деформаций и давлений в условиях аплифта высокобарических ассоциаций применимы для сейсмологических реконструкций древних и современных конвергентных границ плит; 3) обнаруженные закономерности путей миграции и участков накопления Аи в процессе эклогитизации возможно использовать при поисках благородных металлов на площадях развития высокометаморфизованных пород.

Апробация и реализация работы. Основные защищаемые положения диссертации обсуждались на региональном совещании "Геодинамика Южной Сибири" (Томск, 1994), на XXII Всероссийской студенческой конференции им. Усова (Томск, 1995), Международном молодежном симпозиуме "Молодежь и проблемы геологии" (Томск, 1996), на методическом совещании "Динамомета-морфизм и петроструктурная эволюция пород мафит-ультрамафитовой ассоциации (Томск, 1996), на научных чтениях посвященных памяти М.П. Кортусова (Томск, 1996), на заседаниях VI Всероссийской школы по структурному анализу кристаллических комплексов (Москва, 1997), на региональном совещании "Золото, платина, алмазы Республики Коми и сопредельных регионов" (Сыктывкар, 1998), юбилейных конференциях посвященных 75-летию геологического образования в Томском госуниверситете (1996) и 120-летию ТГУ (1998), на международном семинаре "Структурный анализ в геологических исследованиях" (Томск, 1999).

Основные положения диссертации отражены в 18 опубликованных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения, общим объемом 108 страниц машинописного текста, 32 таблиц, 47 рисунков и списка литературы из 225 наименований.

Автор признателен своим научным руководителям академику СО МАН ВШ, профессору А.И. Гончаренко, безвременно ушедшему, а также заведующему кафедрой петрографии, доценту А.И. Чернышову, за постоянную поддержку и помощь в выполнении работы. Выражает глубокую благодарность своим старшим коллегам кафедры петрографии доцентам О.В. Бетхер, И.Ф. Гертнеру, Н.И. Кузоватову, В.Н. Сергееву, Ю.В. Уткину за ценные советы и всестороннее содействие, оказанное во время исследований. Автор признателен члену-корреспонденту HAH Кыргызстана А.Б. Бакирову, академику СО МАН ВШ проф. В .П. Парначеву, заслуженному деятелю науки РФ проф. А.И. Родыгину, профессорам Г.Г. Лепезину, Г. Гутиерресу-Алонсо, канд. геол.-минерал. наук A.C. Мехо-ношину, К. С. Сыгындыкову, H.H. Борозновской, В.В. Врублевскому, Г.Б. Князеву, О.М. Гриневу за плодотворное обсуждение отдельных положений работы. Большой вклад в оформление диссертации внесли Т.Ф. Наумова, Т.С. Краснова, И.Ю. Уткин, Н.Е. Дорофеев, Ю.В. Шестова, О.В. Пятайкина, которым автор выражает искреннюю благодарность.

Глава 1. ТЕКТОНИЧЕСКАЯ ПОЗИЦИЯ ВЫСОКОБАРИЧЕСКИХ ПОРОД ХРЕБТА МАРУН-КЕУ В СТРУКТУРАХ ПОЛЯРНОГО УРАЛА

Впервые эклогиты на хребте Марун-Кеу были обнаружены Г.П. Сафро-новым и описывались им как гранат-пироксеновые метаморфические породы, возникшие на месте габбро и базальтов в результате воздействия гранитных интрузий. Впоследствие Н.Г. Удовкиной (1959) было показано, что эклогиты образовались в процессе высокобарического метаморфизма мафитов и ультра-мафитов в зоне Главного Глубинного Разлома Урала (рис 1.1). В 60-х годах эклогиты хр. Марун-Кеу и вмещающие их гнейсы и амфиболиты объединены в самостоятельную Марункеусскую структуру горст-антиклинального типа (Га-рань, 1960; Молдаванцев, Перфильев, 1962; Херасков, Перфильев, 1963), имеющую тектонические контакты с породами няровейской свиты на западе и гер-дизского комплекса на востоке (Удовкина, 1985; Вализер, Ленных, 1988). Данная структура широкой (до 14 км) полосой протягивается с севера на юг на расстояние около 70 км и включает хр. Марун-Кеу, междуречье р. Большая Ха-дата и р. Большая Щучья. К северу от р. Б. Щучья структура резко сужается и в среднем течении р.Ямбой-Яха выклинивается среди пород обрамления.

Слагающие Марункеусскую структуру горные породы подразделяются на четыре метаморфических комплекса: 1) эклогит-амфиболит-гнейсовый, 2) дру-зит-гранат-амфиболитовый, 3) гранат-глаукофансланцевый, 4) глаукофанслан-цевый (Удовкина, 1971,1985; Молдованцев, Казак, 1977; Вализер, Ленных, 1988; Добрецов, 1995), контакты которых фиксируются мощными зонами бластоми-лонитизации (рис 1.2). Эклогит-амфиболит-гнейсовый комплекс слагает южную часть структуры и прослеживается вдоль восточного склона хр. Марун-Кеу до верховьев р. Няровей-Хадата. В ассоциации с эклогитами здесь встречаются гранатовые перидотиты, апоэклогитовые амфиболиты, мусковитовые, биоти-товые, двуслюдяные парагнейсы и мигматиты. Друзит-гранат-амфиболито-вый комплекс с запада примыкает к эклогит-амфиболит-гнейсовому. Метамор-фиты этой формации представлены гранатовыми плагиогнейсами, друзитами и амфиболитами, химический состав которых