Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Петрология и минералогия мезозойских лав Маимеча-Котуиской провинции

ВАК РФ 04.00.08, Петрография, вулканология

Автореферат диссертации по теме "Петрология и минералогия мезозойских лав Маимеча-Котуиской провинции"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ, ГЕОФИЗИКИ И МИНЕРАЛОГИИ

На правах рукописи

Лагута Олег Николаевич

ПЕТРОЛОГИЯ И МИНЕРАЛОГИЯ МЕЗОЗОЙСКИХ ЛАВ МАИМЕЧА-К0Т9ИСК0И ПРОВИНЦИИ

04.00.08—петрография, вулканология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Новосибирск 1993

Работа выполнена в Институте геологии Сибирского отделения Российской академии наук

Научный руководитель: доктор геол. -мин. наук, профессор Ю. Р. Васильев

, Официальные оппоненты: доктор геол. -мин. наук

В. А. Кутолин доктор геол. -мин. наук А. И. Альмуханедов

Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский геологический институт им. А.П.Карпинского

Зашита состоится 1993 г. в час. на

заседании специализированного совета Д 002. 50. 05 по присуждению ученых степеней кандидата и доктора геол. -мин. наук в Объединенном институте геологии, геофизики и минералогии СО РАН в конФе-ренц-запе.

Адрес: 630090. Новосибирск, 90, Университетский просп., 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Объединенного института геологии, геофизики и минералогии СО РАН.

Автореферат разослан " _Ч:__" ^^гХУул- 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета доктор геол. -мин. наук

ф. П. Леснов

Работа выполнена в ранках темы научных исследований "Петрология шелочно-ультраосновных комплексов Маймеча-Котуйской провинции и западной части Сибирской платформы" (гос. номер 01860087772) в лаборатории петрологии основных и ультраосновных пород подвижных и стабильных областей Института геологии СО РАН.

Актуальность темы исследования. На севере Сибирской платФормы. в басс. рек Котуй и Майнеча, на площади более 3 тыс кв. км обнажается мошная вулканогенная толша триасового возраста. Она сложена лавами с необычно широким диапазоном составов от ультраосновных до средних и разной щелочности. Вулканогенная толша интрудирована многочисленными интрузиями ультраосновных, щелочных пород и карбонатитов, которые образуют с лавами единую вулканоплутоническую ассоциацию. Насштабы распространения шелоч-но-ультраосновных пород в интрузивной и. эффузивной Фациях и их уникальная ассоциация позволяют рассматривать данную территорию как полигон мирового значения для петрологических исследований шелочно-ультраосновного магматизма.

Наймеча-Котуйская провинция привлекает внимание петрологов с момента обнаружения в районе щелочных пород в 1937 г. Исследование этой проблемы активно предпринималось в 60-х и 80-х годах, но однозначное решение вопроса не найдено. К настоящему времени совершенно не изучена минералогия лав района и нет детального количественного исследования дифференциации вещества в магматическом процессе. В связи с этим'представляются актуальными минералогическое и геохимическое исследования вулканических пород мезозойского возраста Наймеча-Котуйской петрографической провинции.

Цель работы - определить Физико-химические условия образования ассоциаций вулканических пород Найнеча-Котуйского района и установить степень их' гейетического родства.

В соответствии с целью были поставлены следующие задачи исследования.

1) Выделить в вулканогенной ассоциации комплексы комагма-тичных пород на базе детальных геологических и петрогеохими-. ческих исследований.

2) Исследовать минеральный состав лав. уделяя особое внимание порфировым вкрапленникам как индикаторам условий Глубинной эволюции расплавов.

3) Определить Физико-химические условия эволюции расплавов, вулканических пород.

4) Проанализировать фракционную кристаллизадию как один из вероятных механизмов дифференциации первичных расплавов Найме-ча-Котуйского района.

Объект и методе исследования. Объектом изучения являются вулканические породы рассматриваемого района и ассоциация минералов-вкрапленников в них. Эффузивный магматизм Наймеча-Ко-туйской провийции изучался автором в течение 6 лет. За это время собрана богатая коллекция, содержащая более 650 образцов вулканических пород. Работа основывается на химических анализах 504 проб горных пород, 490 микрозондовых анализах минералов, многочисленных данных о концентрации редких элементов в породах и содержании редкоземельных -элементов в 16 главных разновидностях вулканических пород провинции. Все аналитические данные систематизированы и занесены в базы данных Формата БЬазе.

Изучение объектов проводилось с применением рентгено-Флюоресцентного, атомно-абсорбционного. химического, нейтронно-акти-вационного и микрорентгеноспектрального методов исследования состава горных пород и минералов. Полученные данные обработаны с помошью методов математической статистики, - включая корреляционный и факторный анализы, термобарометрических методов и методов теоретического моделирования дифференциации вещества в процессе фракционной кристаллизации расплава.

Научная новизна.

1. Работа представляет первое детальное исследование минералогии лав всей лавовой толши триасового возраста Наймеча-Ко-туйской провинции. Получены многочисленные микрозондовые анализы минералов. Исследована зональность порфировых кристаллов и эволюция их состава в лавах, что позволило сделать выводы о процессах, контролировавших рост минералов-вкрапленников.

. 2. В работе впервые для региона даны оценки Физико-химических параметров образования минералов-вкрапленников разнообразных вулканических пород. В комплексе с подробными петрографическими и геохимическими исследованиями это позволило на качественно новом уровне выделить в вулканогенной толще ассоциации ко-магматичных пород.

3. Получены уникальные данные о химическом составе лав, количественном содержании в них редких элементов, включая редкоземельные элементы.

4. На основе полученных автором опенок давления, фугитив-ности кислорода в процессе образования порфировых выделений и коэффициентов распределения-редких элементов в системе минерал/расплав впервые применительно к лавам Наймеча-Котуйского района теоретически смоделирован процесс дифференциации предполагаемых исходных магм за счет их Фракционной кристаллизации. На основе сопоставления расчетных данных с реально наблюдаемыми концентрациями и зависимостями широкого набора элементов (52 химических элемента) сделаны выводы об отсутствии генетической связи между базальтами нормального петрохимического ряда, щелочными породами разной основности и неймечитами.

Защищаемые положения:

1. 3 лавовой толше триасового возраста Маймеча-Котуйской провинции существует три комплекса пород: базальты нормального ряда коготокской й правобоярской свит; ультраосновные, основные и средние щелочные породы арыджангской, дельканской и верхней подсчиты коготокской свиты; меймечиты. Каждый из комплексов характеризуется определенным положением в стратиграфическом разрезе. собственными структурными признаками пород, обособленным химическим составом, своеобразным трендом его изменения, специфической ассоциацией минералов и представляет собой ассоциацию ко-магматичных пород.

2. Базальты нормального ряда коготокской и правобоярской свит являются самостоятельной группой пород, генетически не связанной с другими вулканическими породами провинции.

3. Изменение состава щелочных пород разной основности арыд-жангской и дельканской свит вызвано дифференциацией при Фракционной кристаллизации расплава, соответствующего по составу щелочному пикриту или ультраосновному фоидиту.

4. Между меймечитами и щелочными вулканическими породами рассматриваемой провинции не существовало генетической связи после достижения их расплавами ликвидуса. Однако, одинаковые спектры РЗЭ в этих группах пород и в известной мере общие черты химизма не исключают их генетического родства на этапе генерации исходных расплавов.

Практическая значимость. Полученные в ходе исследований результаты вносят новый вклад в развитие представлений о магматизме Маймеча-Котуйской петрографической провинции. Результаты предлагаемой работы могут быть применены в качестве петрологи-

ческой основы для создания обобшенной генетической модели интрузивного и эффузивного магматизма района и палеогеодинамических реконструкций развития области уникального магматизма.

Полученные данные могут быть использованы при построении легенд крупномасштабных геологических- карт и построении схем магматизма Сибирской платформы, с интрузивной Фацией единой вул-кано-плутонической ассоциации района связаны месторождения и ру-допроявления апатита, Флогопита, ювелирного хризолита, магнетита и элементов платиновой группы. В связи с этим результаты настоящей работы могут быть использованы при решении металлогенических и прогнозных задач.

Апробация работы. Отдельные положения исследования докладывались на региональном совещании по созданию схем базитового магматизма железорудных « алмазоносных районов Сибирской плат" Формы (Иркутск. 1987). на Всесоюзном совещании "Базитовый магматизм Сибирской платформы и его металлогения" (Якутск, 1989). на V Восточно-Сибирском региональном петрографическом совещании (Иркутск, 1989). а также неоднократно обсуждались на научных семинарах в ОИГГиН СО РАН.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из б глав, введения и заключения. Работа содержит 16 таблиц, 39 рисунков и список литературы из 113 наименований.

Диссертация выполнена цод руководством доктора геол. -мин. наук, профессора ю. Р. Васильева. Автор глубоко признателен докторам- геол.-мин. наук В. В. Рябову, В.В.Золотухину, Ф. П. Леснову, А. П. Кривенко, кандидатам геол. -мин. наук Б. Н. Лапину, Л. В. Агафонову. А. А. Прусевичу, А, Э. Изоху. П. А. Балыкину за полезные консультации и советы.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

Маймеча-Котуйская территория распространения ультраосновных, щелочных пород и карбонатитов начала привлекать к себе особое внимание геологов после обнаружения тан в 1937 г. первых проявлений щелочных пород. Геологические работы в то время и несколько йозже проводились Г.Г.Ноором, А.А.Кордиковым, П.Н.Кабановым, Ю. М. Шейнманном, А. А. Волосатовым. Е. Л. Бутаковой, Л. С. Егоровым. К. и. Шихориной и другими, в публикациях тех лет приведены сведения о геологическом строении междуречья Аякли и

Котуя и сообщено о находках мелилитовых базальтов, лимбургитов. авгититов и крупной интрузии дунитов (Гулинская интрузия). Уже тогда был поставлен вопрос о временном и генетическом соотношении траппового, щелочного и ультраосновного магматизма в районе.

На первом этапе исследований эффузивного магматизма района проводились корреляция стратиграфических разрезов вулканогенной толщи, ее расчленение на свиты, изучалась петрография и петрохи-мия вулканических пород. В это время были сформулированы основные гипотезы образования ассоциации вулканических пород рассматриваемого района: 1) за счет дифференциации одной родоначальной магмы шелочно-базальтоидного состава; 2) путем ощелачивания первичного толеитового расплава ювенильными шелочно-карбонатными растворами; 3) Иаймеча-Котуйский магматический комплекс включает в себя три генетически не связанные магматические Формации -трапповую, трахибазальтовую и Формацию шелочно-ультраосновных пород. Выводы авторов основывались на общегеологических данных и приблизительных оценках составов диФФеренпиатов по главным породообразующим компонентам.

Следующий этап- исследований магматизма Маймеча-Котуйской провинции характеризуется применением новых геохимических методов (изотопных, термобарометрических) и изучением содержаний редких элементов в лавах. А. В. Соболев (1983; 1984), проанализировав расплавные включения в оливине меймечитов, показал щелочной тренд Фракционирования меймечитового расплава и генетическую связь шелочно-ультраосновных пород с меймечитами. Однако он натолкнулся на трудности при объяснении очень низкого содержания щелочей в самих меймечитах. Изучив соотношения изотопов Hd, Sm и Sr, Л. Н. Когарко (1988) пришла к выводу о том. что меймечиты и пикриты образовались из одного мантийного резервуара в результате сложной дифференциации примитивной мантии либо путем смешения диплетированной HORB с обогащенным литоФильными . элементами субстратом. Исследование изотопов Sr, о и Н в щелочных магматических породах и вмещающих осадках позволило Б. Г. Покровскому и В.И.Виноградову (1988) прийти к выводу о том, "что образование ультраосновных - щелочных интрузий и щелочных базальтоидов Маймеча-Котуйской провинции сопровождалось взаимодействием магм с вмещающими осадочными породами", В 1983 г. Э. А. Ланда предложил модель многоэтажных магматических очагов, различия магмы в которых объясняются разной степенью плавления субстрата разного

исходного состава. В. С. Гладких с соавторами (1983) на основе анализа содержаний РЗЭ в- вулканитах провинции сделал заключение о том. что магмы толеитовых базальтов и меймечитов образовались при разной степени плавления пиролита, а щелочные ультраосновные и основные породы возникли за счет плавления субстрата, по составу близкого меймечиту.

Таким образом, исследования последних лет не привели к однозначном у решению вопроса о происхождении чрезвычайно разнообразной по составу вулканогенной толши Майнеча-Котуйского района. Среди исследователей нет единого мнения как относительно генетического родства лав провинции и. соответственно, количества и типов исходных магм, так и относительно состава субстратов и условий магмогенерашш в них. В связи с этим представляется актуальным исследование лав Маймеча-Котуйского района с целью определения условий образования и установления генетических взаимоотношений ассоциаций вулканических пород Наймеча-Котуйского района. Решение данного вопроса позволит более обоснованно рассматривать проблемы происхождения типов родоначальных магм уникальной вулкано-плутонической ассоциации разнообразных пород Маймеча-Котуйской провинции.

Глава Й. НЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для решения поставленных задач в работе применялись следующие методы: описательной петрографии, минералогические, геохимические, теоретического моделирования и статистические.

В главе рассмотрены условия применения перечисленных традиционных методов исследования и описаны методы, разработанные автором. Обосновано представление в работе состава минералов в Формульных единицах и способы их расчета. Для определения условий кристаллизации минералов в работе применялись геотермометры клинопироксен-расплав и оливин-расплав А. А. Арискина. г. с. Барми-ной. Н. Я. Френкеля (1986). В. И. Ваганова, С.В.Соколова (1988), клинопироксен-оливин X. Штоха (Stosch Н. G,. 1981), Р. Хервига и Дж. Смита. геобарометр Т. Кохлера и Г. Брея (Kohler, Brey. 1990)' и геотермометр оливин-шпинелид С. Боллхауса. Р. Бэрри и Д. Грина (Ballhaus, . Berry, Green, 1991). Летучесть кислорода в системе определялась по методам Р. Сэка и др. (SacК et al, 1980), О'Нейл-ла (O'Helll. 1987) и С, Боллхауса с соавторами (Ballhaus, Berry,

Green. 1991). Для равновесий минерал-расплав рассматривался центр порфирового кристалла и валовой состав породы. В случае двуминеральных геотермометров и геобарометров считалось, что минералы находились в равновесии, если один из них включает другой. или они прорастают друг друга. Все расчеты велись с применением программ, разработанных автором диссертации (Лагута, 1969).

Дифференциация вещества изучалась с применением метода теоретического моделирования магматической кристаллизации силикатного расплава, предложенного А. А. Арискиным, Н. Я. Френкелем, Г. С. Барминой и Т. И. Цехоня. Однако этот метод не позволяет прослеживать изменение состава кумулятивной породы в ходе ее Формирования. Для этой цели нами разработан метод расчета состава кумулуса, образующегося в ходе Фракционной кристаллизации расплава. Использование метода позволяет моделировать изменение концентраций породообразующих и редких элементов, включая РЗЭ. Концентрация компонента вычислялась по Формуле:

ci = u-dLclzcï/(iooZ;cî)

где" cj,cffci - мольные доли ¿-го компонента в расплаве, кумулусе и системе соответственно. qL - степень фракционирования в '/■.

Статистические методы, применялись в работе при петрохими-ческих исследованиях, (сравнение средних значений, оценка значимой разности двух средних значений), анализе состава и зональности минералов (Факторный анализ) и изучении изоморфизма в минералах (корреляционный анализ).

Для применения перечисленных методов исследования автором разработаны следующие компьютерные программы: "MIHERAL" для обработки химических составов минералов; "PICTURE" для графического вывода информации; "ESTAT", "COSMIR", "FILTER" и "PURISEN" для статистических расчетов; "GEOTIR" и "GEOTF" для расчета температур Фазовых равновесий; система управления базами данных "GEOBASE" (в соавторстве с Н. П. Горой и Е. П. Третьяковой) ; "TRAHSP'" для транспонирования баз данных Форната Dbase и "HIHFDATA" для перекодирования минералогических данных в разные Форматы.

глава 3. ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ НАИНЕЧА-КОТУИСКОИ ПРОВИНЦИИ

Тектоническое положение. Майнеча-Котуйская провинция расположена на северо-западной окраине Сибирской платформы на сочленении Анабарской антеклизы и орогенного Хатангского прогиба мезозойского возраста. Сочленение имеет северо-восточное простирание и характеризуется многочисленными разломали и линейными дамками соответствующей ориентации. По данным Б. Р. Шпунта (1987). Хатангский прогиб возник на месте позднедокембрийского внутри-континентального Палеорифта, и Маймеча-Котуйская провинция находится у его юго-восточной границы. Кроме того, Наймеча-Котуйская провинция расположена в зоне глубинных разломов северо-западного, направления, протягивающейся от Котуя к центральному Алдану^ Направлению этой зоны соответствует ориентировка магнитных и гравитационных аномалий, с которыми связаны молодые магматические проявления, концентрирующиеся в верхней части коры. Таким образом, Найнеча-Котуйская провинция находится на пересечении юго-восточной границы внутриконтинентального палеорифта северо-восточного простирания и зоны глубинных разломов северо-западного направления, что в большой мере обусловило активный эффузивный и интрузивный магматизм пестрого состава в мезозое.

Стратиграфия вулканогенной толщи. По литературным данным и личным наблюдениям автора, эффузивные образования, обнажающиеся в Найнеча-Котуйском районе, расчленяются на пять свит (снизу вверх): правобоярскую и ее Фациальный аналог - арыджангскую, ко-готокскую. дельканскую и маймечинскую (рис. 1).

Правобоярская свита с угловым несогласием залегает на различных горизонтах терригенных отложений пермского возраста''и представлена в нижней части туфами основного состава, а выше -вулканомиктовыми и полимиктовыми песчаниками, туфоалевролитами, туфопесчаниками и редкими покровами плагиоФировых базальтов. Ношность свита около 400 м. Возраст свиты обоснован палеонтологически как раннетриасовый.

В басс. Котуя отложения правобоярской свиты Фациально замещены лавами арыджангской свиты.' Лавы сложены мелилититами и ультраосновными фоидитани: оливиновыми и безоливиновыми нефелинита-ми. анальшшитами, авгититами и лимбургитами. Ношность свиты составляет 250 - 430 м. Разрез свиты изучался автором в береговых обнажениях р. Котуй.

ТОТЭЙЕЕ ОБОЗНАЧЕНИЕ . СЕКТА ЖА ,х„;сгь СОСТАВ

найме-чинская 600-1000 Лат меЗДечигоа

* * V**«

£ £ $ -2? $

^/усуи/^у!/ д е в е р X н я я 420-545 Потони субшелочшх базальтоа тгахианде-дезигобазапьтоа шссю-штгоа щелочных пикси-тоа

• V-: у• V.': у,-. .■</■■

t-J.L-4.-i 1 ь к а н с к а я

л ±±->-

■6- -6- -Ь- -6- -6- Л -6- н и ж н я я 300-900 Потоки и покровы авги-ютоа лтбургигоа неФелинигоа аналыи-мигов и решаю прослои туфоа

*лллл л лл

с? 1ль5

1 1 Л 1 1 1 1 1

-6-^-6.

.¡.¡.11,1. 1. 41 и к о г 0 т 0 к с к а я верхняя 400 Чередование лавоак тел нормальных, су6-шелочных и трахиба-зальтоа

LlLULLLLi,

v v v V V V V V

Ч'-ьЧ'-г.Н^ н и ж н я я 400-800 Покровы базальтов нормального ряда

1,1-1.1.1.1-1-1-

1^11-1111

1 Л и 1 и и-и

л /лгл л л А л л л арьютанг-ская и ее Фадааль-ньй аналог -правобо-ярская 250-430 Потоки авппигоа неФелинигоа мелигаютгов и пикиггоа в основании свита - прослои туфоа в басс. майгечи - вул-каноникговые песчаники, ту4ы и редкие потоки базальтоа

-б- ^-6- -¿>-6. -6-

X 1 Л i ± 1 хАГй^.

1.-1 ¡.-1 (.-1-—«

ооо /1 ь ^ ь

'I1

Рис. 1. Стратиграфическая колонка триасовых вулканогенных образований Наймеча-Котуйского района.

Арыджангскую свиту в басс. Котуя и правобоярскую в районе Маймечи с геологическим несогласием перекрывают лавы коготокской свита, Коготокская свита имеет двучленное строение. Ее нижняя подсвита представлена пачкой базальтов нормального • петрохими-ческого ряда. Ношность нижней подсвиты составляет 400 - 800 м. Автором детально изучены разрезы этой свиты в районе нижнего течения р. Котуй, в басс. р. Найнеча и на их водоразделе. Верхняя

подсвита коготокской свиты характеризуется переслаиванием потоков базальтов, аналогичных базальтам в нижней подсвите, с лавами трахибазальтов и трахиандезитобазальтов. Ношность подевиты составляет около 400 м. По данным Н. И. Ненашева (1970). кого-токские базальты имеют абсолютный возраст 224 - 294 млн. лет, установленный К-Аг методом.

Выше по разрезу согласно залегают эффузивы дельканской свиты. Коллекции пород, слагаюсшх эту свиту, отобраны автором работы в басс. Наймечи и из русловых обнажений р. Делькан. Дель-канская свита включает в себя две подсвита Нижняя сложена без-полевошпатовыми лимбургитами. авгититами. оливиновыми и безоли-виновыми нефелинитами и анальпимитами. Ее мощность составляет 420-545 м. Верхняя подсвита состоит из потоков субшелочных й трахибазальтов. шошонитов. ультраосновных Фоидитов и щелочных пикритов. Ее мощность разными авторами оценивается от 300 до 900 м. Личные наблюдения автора позволяют утверждать, что петрографический состав лав дельканской свиты имеет много общего с зффу-зивами арыджангской свита- Суммарная мощность образований дельканской свиты составляет 1000-1300. Возраст лав дельканской свита, определенный К-Аг методом, равен 236 млн. лет (Черепанов. Нурина, 1966), что соответствует нижнему триасу.

Венчает разрез эффузивов маймечинская свита, сложенная однородными по составу меймечитами. Ношность свиты около 600 м. Толшу меймечитов автор изучал в береговых обнажениях рек Найме-ча, Делькан и в правом борту долины Наймечи.

глава 4. ПЕТРОГРАФИЯ, ПЕТРОХИМИЯ И ГЕОХИМИЯ

В этой главе на основе личных наблюдений автора приведена петрографическая характеристика пород, статистическое описание химического состава пород, включая концентрации редких и редкоземельных элементов.

Ультраосновнне породи нормального рада представлены меймечитами - породами с порфировыми вкрапленниками оливина и хромита. Для меймечитов характерно очень высокое содержание НвО (среднее 32.60 нас. '/•). хрома, никеля и кобальта. Сумма щелочей в меймечитах' невысока и в средней составляет о. 39 мае. '/■.. Низки также концентрации Т102, А1203 и СаО и большинства редких элементов (Sr, ЕЬ, LI. Ва, А8 и Zn). В меймечитах концентрация лег-

ких РЗЭ превышает аналогичную в хондрите в 80-90 раз, а тяжелых - в 2-3 раза. (рис. 2).

Зльтраосновнне порода щелочного ряда - щелочные пикриты, оливиновые и безоливиновые мелилититы и нефелиниты, нелааналыш-миты, авгититы и линбургиты арыджангской и дельканской свит т в петрографическом и химическом отношении связаны между собой постепенными переходами. В пространстве концентраций окислов и элементов рассматриваемые породы представляют собой однородное поле. Ультраосновные породы щелочного ряда имеют высокое содержание Т102 (3-5 нас.'/.), низкую глиноземистость и относятся к ка-лиево-натриевой и натриевой сериян. По сравнению с другими вулканическими породами провинции в них наблюдается высокое содержание редких элементов . (Ы, йЬ, Ва, Бг, Ав) и лантаноидов.

Основные породы нормального ряда - толеитовые базальты и оливиновые базальты слагают лавы коготокской и правобоярской свит. Для этих пород характерны небольшие вариации химического

1-а Се на Зт Еи. ей ТЬ УЬ Ил

Рис. 2. концентрации РЗЭ в вулканических породах Маймеча-Котуйской провинции: 1 - поле ультраосновных и основных щелочных пород арыджангской и дельканской свит; 2 - нейнеЧиты; 3 - базальты нормального ряда>*Коготокской и правобоярской свит.

состава и отсутствие промежуточных разновидностей с другими группами пород провинции. Базальты имеют "ровный" спектр РЗЭ, по уровню в ю-12 раз превышающий хондритовый (см. рис. 2).

Основные породи субщелочного ряда представлены субшелочными базальтами, трахибазапьтами и шошонитами. Эти породы содержат повышенные количества Т102 (в среднем более 4 мае. У), Р205 (средние значения 0.53-1.00) и шелочей. в петрографическом и петрохкккческсм отношении существует постепенный переход от ультраосновных щелочных к основным породам щелочного ряда.

Средние породы субщелочного ряда - трахиандезиты - относятся к высокоглиноземистым породам и имеют низкие содержания HgO, FeO, Cao и редких элементов (V. Сг. Со, Hi и Си). Содержания РЗЭ в этих породах близки концентрациям лантаноидов в ультраосновных и основных породах провинции.

Таким образом, среди всех вулканических пород Маймеча-Ко-туйской провинции можно выделить три ассоциации: • а) меймечиты; б) ультраосновные, основные и средние щелочные породы арыд-жангской, дельканской и верхней подсвиты коготокской свит; в) базальты нормального ряда коготокской и правобоярской свит. Каждая из этих ассоциаций характеризуется определенным положением в стратиграфическом разрезе, своеобразной ассоциацией минералов, общими структурными признаками пород, обособленным химическим составом и своеобразным трендом его изменения.

Глава 5. МИНЕРАЛОГИЯ

В этой главе рассматриваются химический состав минералов-вкрапленников лав Маймеча-Котуйской провинции, их зональность и взаимоотношения друг с другом (Лагута, 1969). Данные, приведенные в этом разделе, получены впервые.

Моноклинный пироксен образует порфировые вкрапленники практически во всех вулканических породах района, за исключением меймечитов. В базальтах коготокской свиты пироксен представлен глиноземистым авгитом, а в ультраосновных щелочных породах -глиноземистым диопсидом или субкремниевым титан-глиноземистым диопсидом. В порфировых вкрапленниках клинопироксена из щелочных пород арыджангской и дельканской свит наблюдаются, одинаковые следы резорбции и последующей регенерации кристаллов, что свидетельствует о сходстве условий образования минерала в лавах этих

свит (лагута, 1991). Статистические расчеты показали, что состав пироксена и направление его изменения в.вулканических породах арыджангской и- дельканской свит совпадают и отличаются от последних в базальтах нормального ряда коготокской' свиты. На основе рассмотрения корреляционных связей концентраций Ре, А1 и На в пироксене нами установлено, что в щелочных породах А1 входит в структуру минерала в виде жадеитового компонента, а в базальтах - в виде эгиринового. Это свидетельствует о большей' глубине кристаллизации щелочных пород по сравнению с базальтами.

Факторным айализом содержаний компонентов в моноклинном пироксене установлено, что изменение состава пироксена во всех случаях вызвано снижением температуры, а в базальтах коготокской свиты на состав пироксена дополнительно влияла сокристаллизавдся . плагиоклаза,, что согласуется с петрографическими наблюдениями.

По геотермометрам клинопироксен-раплав были оценены температуры начала кристаллизации клинопироксена в исследуеных породах. Оказалось, что температуры начала кристаллизации моноклинного .пироксена в ультраосновных щелочных породах арыджангской и дельканской свит практически совпадают, а температура начала кристаллизации пироксена в базальтах на 80-130°С ниже (таблица).

Оливин в разной количестве входит в состав половины изученных вулканических пород района. Оливин базальтов нормального ряда коготокской свиты является гиалосидеритом-хризолитом, а наиболее железистые разновидности - гортонолитом. В ультраосновных шеяочных породах оливин более магнезиальный - хризолит, а в мей-• мечитах - форстерит. Но содержанию элементов-принес ей - Са, Сг. и N1 оливины из щелочных лав лав арыджангской и дельканской свит близки. .Минерал базальтов коготокской свиты характеризуется низкими содержаниями N1 и Са Концентрация Сг в оливине базальтов нормального ряда выше, .чем в оливине ультраосновных щелочных пород, но меньше, чем в форстерите меймечитов. форстерит из мей-.мечитов имеет своеобразный состав, во-первых, он весьма магнезиальный. Во-вторых, в нем высокие содержания элементов-принесей -Н1, Сг и Са.

Во всех породах, исключая меймечиты, оливин имеет прямую ■зональность, в меймечитах оливин практически незонален. Результаты Факторного анализа концентраций элементов в оливине показали, что изменение состава минерала во всех вулканических породах на 60-80 '/■' контролировалось температурой равновесия этого минералах расплавом.

параметр

базальты ультраооюЕше коготок- . щелочные породы ской сапы агшжангской сшты

УльиаосноЕиые меЛкчигы щелочные породы маймечин-дельканской ской свшы свиты .

Т начала кристаллизации кпиношроксена (Ваганов. Соколов. 198Ö) т начала кикталли-задии клишшмжсена (Френкель, Агаскин. 1984) Т начала кеилалли-' задии оливина' (Ашскин, Багнина, Френкель. 1986) Р равновесия

сшиеин-КЛИНОПИРОКСеН

(Kohler. Erey. 1990) <ilg(f02)

(SacK et al. 1980) T равновесия оливин-шпине лид (Ballhaus. BerTTi Green, 1991) ülg(f02) (Ballhaus. Berry. Greea 1991)

1055 (39) 1132 (24) 1131 (36) ----

1149- (69) 1240 (105) 1281 (144) ----

1398 (28) 1470 (37) 1480 (64) 1562 (20)

-0.3 0 3.1(1. 9) 8.1 <2.5)

1. 79 (1. 14) £ 45 (0. 74) 2.94 (0.81) 3.78 (0.77)

1366 0 1376 (33) 1402 (52) 1425 (178)

4.33 (0.26) 2.47 (0.14) а 45 (0.36)

2.84 ()

Примечание: T - в °С, Р - в Кбар.. в скобках - станд. отклонение. ülg(f02)=lg.(f02)-QFH.

Температура начала кристаллизации оливина по геотернометру оливин-расплав составляла в среднем в меймечитах-1562°С, в ше-лочных породах арыджангской и дельканской свит - почти на 100 градусов ниже, в базальтах она была наименьшей (см. таблицу). Нами определена по методу Р. Сэка и др. (SacK et al, 1980) летучесть кислорода в расплаве, которая во всех случаях оказалась выше, чем контролируемая буфером QFH. Этот Факт отмечен также Э, А. Ландой, Б. Д. Нарковским. Э. А. Багдасаровым (1980) и А. В. Соболевым (1983) для меймечитового расплава.

Давление равновесия оливин-клинопироксен по геобарометру Т. Кохлера и Г. Брея (Kohler, "Brey, 1990) в базальте коготокской свиты близко к нулю и имеет небольшое отрицательное значение.

находяшееся в пределах точности геобарометра'(1. 7 Кбар). в щелочных породах арыджангской и дельканской. свит давление равновесия составляет соответственно 3. 1 и 8. 1 Кбар. Полученные оценки давления равновесия клинопироксея-расплав согласуются с кристаллохимией моноклинного пироксена-и предположением о Формировании протовыделений моноклинного пироксена ультраосновных ■ и основных щелочных пород на большей глубине, чем пироксена базальтов нормального ряда (Лагута, 1991)'.

■пинелиды. В лавах Маймеча-Котуйской провинции единственной рудной Фазой являются шпинелиды. В породах коготокской свиты минерал представлен титаномагнетитс-м с чизкими содержаниями примесных компонентов. Ультраосновные Фоидиты арыджангской свиты и щелочные пикриты дельканской содержат более хромистый титаномаг-нетит. Порфировые вкрапленники шпинелидов в меймечитах представлены субалюмоФгррихромитом.

Геотермометр оливин-шпинелид (Ballhaus, Berry, Green, 1991) показал температуры равновесия, в целом согласующиеся с температурами, полученными другими методами (см. таблицу). По методу С. Боллхауса с соавторами (1991) рассчитана фугитивность кислорода равновесия оливин-шпинелид. В отношении меймечитов эти данные близки значениям, полученным другими авторами (Плаксенко, Смоль-кин, 1990; Соболев, 1983) и указывгют на высокую foa при кристаллизации расплавов Наймеча-Котуйской провинции.

Таким образом, минералы-вкрапленники рассматриваемых трех групп пород - базальтов нормального ряда.• щелочных эффузивов арыджангской и дельканской свит, меймечитов - характеризуются специфическими составами, трендами их изменения и зональностью. По нашим оценкам, полученным впервые, ассоциация порфировых вкрапленников базальтов образовалась при более низкой температуре и меньшем давлении, чем аналогичная ассоциация щелочных ультраосновных и основных эффузивов района. В меймечитах минералы Формировались при самых высоких, из приведенных температур. Эти данные свидетельствуют об отсутствии генетического родства перечисленных ассоциаций пород.

Глава б. ПЕТРОЛОГИЯ

В главе рассмотрены гипотезы образования вулканических пород Наймеча-Котуйской провинции. Широкие вариации минерального и

химического составов мезозойских лав рассматриваемого района могут быть объяснены следующими процессами: взаимодействием магм с вмещающими осадочными породами (Покровский. ¡Виноградов. 1987); смешением магм разного состава; ощелачиванием первичного расплава ювенильными шелочно-карбонатными растворами (Бородин и др., 1970) или дифференциацией магмы за счет ее Фракционной кристаллизации (Hoop, 1959; Шихорина, 1959. БУтакова, Егоров, 1962; Хук Псчскутсе, Гладких, Леонтьев, -1965; А.В.Соболев. 1983; Гладких, 1991).

Характер изменения химического состава щелочных лав рассматриваемого района, а именно, возрастание содержаний S102, суммы шедочей, А1203, СаО с увеличением железистости пород, наличие порфировых вкрапленников оливина и клинопироксена, их зональность позволяют предположить, что главным механизмом, контролировавшим дифференциацию вешества была фракционная кристаллизация.

Наиболее вероятные гипотезы образования пород Наймеча-Ко-туйской провинции Формулируются следующим образом:

1. Щелочные породы разной основности возникли в результате фракционной кристаллизации расплава меймечита.

2. Щелочные породы разной основности возникли в результате Фракционной кристаллизации расплава щелочного пикрита.

3. Меймечиты являются оливиновым кумулатом, образовавшимся при кристаллизации магмы, по составу соответствующей шелочнону

пикриту.

Нами впервые смоделирован процесс кристаллизационной дифференциации применительно к лавам Маймеча-Котуйской провинции с учетом окислительно-восстановительных условий, общего давления и реальных коэффициентов распределения редких элементов минерал/расплав. Для теоретических расчетов применялась модель магматической кристаллизации расплавов, разработанная А. А. Ариски-ным. Н. Я. Френкелем. . Г. с. Барминой и Т. И. Цехоня. В качестве на-, чальных параметров в модели кристаллизации силикатного расплава определены состав исходного расплава, начальное значение и режим изменения окислительно-восстановительных условий, общее давление, коэффициенты распределения элементов, между минералом и расплавом, максимальная степень затвердевания системы.

Состав исходного расплава. В качестве предполагаемого исходного состава жидкости при моделировании кристаллизации мей-

мечитового и пикритового расплавов были использованы'средние составы меймечита и пикрита соответственно! полученные автором.

Начальное значение и режим изменения Фдгитивности кислорода. В результате моделирования Фракционной кристаллизации расплавов неймечита и пикрита при разных окислительно-восстановительных условиях нами установлено, что закрытая по кислороду система наиболее соответствует приведенным выше значениям Ю2 в расплавах района, при этом степень окисленности железа в системе (Ре+2/Ре обш.) . составляла О. 80 в расплаве пикрита и 0. 83 в расплаве меймечита.

Обцее давление.. В работе нами рассчитаны оценки давления равновесия оливин-клинопироксен для ультраосновных щелочных пород арыджангской и дельканской свит (см. таблицу). Мы использовали оценку общего давления в 7 Кбар в качестве начального параметра для моделирования кристаллизации пикритового расплава. А. В. Соболев-(1983) иа основе термобарометрических данных оценил давление кристаллизации вкрапленников в меймбчите равным О. 5-1.5 Кбар. в модели остывания меймечитового расплава использовано значение общего давления в 1 Кбар.

Коэффициента распределения элементов минерал/расплав. На основе собственных аналитических данных нами рассчитаны коэффициенты распределения редких и редкоземельных элементов между минералом и расплавом в предположении, что валовой состав породы соответствует составу расплава. Полученные значения использованы в модели.

Максимальная степень кристаллизации. В качестве предельного значения этого параметра выбрана степень заполнения пространства при плотнейшей упаковке, равная 0. 74.

Результаты моделирования фракционной кристаллизации расплавов меймечита и пикрита. в результате расчетов нами получены составы Фаз, кристаллизующихся из расплавов меймечита и пикрита, значения летучести кислорода в ходе кристаллизации, состав остаточной жидкости и концентрации в ней редких элементов. При этом установлено, что дифференциация расплава меймечита в результате его фракционной кристаллизации не обеспечивает соответствующие щелочным породам района составы остаточной жидкости в отношении породообразующих компонентов (На20+К20, РеО', А1203) и редких элементов (Со, Эг, Ва, Ав.и др.) (рис. 3). По этой причине первую из предложенных гипотез о возникновении щелочных пород

17

разной основности в рез/льтате Фракционной кристаллизации расплава меймечита следует считать противоречащей фактическим данным.

Модельная дифференциация магматической системы пихритового состава при ее фракционной кристаллизации удовлетворительно соответствует тренду составов шелочных вулканических пород. При этом, по мере расчетной кристаллизации пикритового расплава к оливину на ликвидусе добавляются авгит и магнетит, что выражается в изменении направления эволюции состава пикритового расплава (см. - рис. 3). Это позволяет заключить, что гипотеза о возникновении щелочных пород Наймеча-хотуйского района в процессе Фракционной кристаллизации пикритового расплава подтверждается полученным нами Фактическим материалом.

Возможность кумулятивной природы меймечитов. Гипотеза образования меймечитов при кумуляцил олизина и шпинелида из пикритового расплава рассмотрена с точки зрения соответствия теоретического состава кумулуса составу меймечитов. Расчет состава ку-мулусз производился по методу, описанному в главе 2 настоящей работы. Предельная степень накопления кумулусных Фаз составляла 74 На основе расчетов пани установлено, что сумма шелочей в оливиновом кумулате даже при максимальной степени кумуляции выше. чем в меймечитах. В координатах НгО-ГеО' геохимический тренд образования кумулуса из пикритового расплава не совпадает с трендом составов меймечитов. Нет также соответствия теоретического изменения концентраций Редких элементов (Сг. Со. Ва, Бг. Та) в формирующемся кумулате реально наблюдаемым значениям в меймечитах. Таким образом, рассматриваемое предположение о возникновении меймечитов за счет кумуляции оливин-хромшпинельного парагенезиса из пикритового расплава противоречит реально наблюдаемым концентрациям некоторых породообразующих и редких элементов в пикритах и меймечитах.

Литературные и собственные данные о содержании в породах провинции"РЗЭ позволяют предположить, что расплавы базальтов нормального ряда могли возникнуть в процессе плавпения пшинеле-вого лерцолита. Щелочно-ультраосновной и меймечитовый расплавы, обладая сходными между собой спектрами РЗЭ, вероятно образовались при разной степени плавления Флогопитсодержашего гранатового перидотита.

12

о п> X

о

а|

м +

о

О!

т и

6

0 4 .8 12 16 20 24

РеО' (нас. '/■)

0 4 8- 12 16 20

А1203 (мае, X)

Рис. 3. Содержание компонентов в щелочных породах арыджанг-ской (+), дельканской (о) свит и меймечитах (х). Сплошная и пунктирная линии - модельное изменение концентраций компонентов в остаточном расплаве при фракционной кристаллизации расплавов щелочного пикрита и меймечита соответственно. .

19

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные в ходе исследования результаты позволяют нам сделать следующие основные выводы.

1. На основе анализа петрографического и химического состава вулканических пород Наймеча-Котуйского района выделяются несколько ассоциаций пород. Каждая из этих ассоциаций характеризуется определенным положением в ■ стратиграфическом разрезе,-своеобразным наборон минералов, общими структурными признаками пород, обособленным химическим составом и индивидуальным трендом его изменения.- Сходство перечисленных признаков пород в пределах такой петрографической группы позволяет рассматривать входящие в отдельную ассоциацию породы как комагматичные. рыделяются следующие ассоциации: а) базальты нормального ряда коготокской и пра-вобоярской свит; б) Ультраосновные, основные и средние щелочные породы арыджангской, дельканской и верхней подсвиты коготокской свиты; в) меймечиты.

2. Минералы-вкрапленники в вулканических породах выделен-.ных ассоциаций имеют различные составы и зональность, и, следовательно, их образование контролировалось геохимически различными процессами. На основе кристаллохимических данных и оценок значений Физико-химических параметров установлено, что порфировые выделения в щелочных лавах арыджангской и дельканской свит кристаллизовались на большей глубине и при более высокой температуре, чем аналогичные в базальтах коготокской свиты. В мейме-читах вкрапленники оливина и шпинелида кристаллизовались при наиболее высокой температуре по сравнению с другими породами провинции. На основе оценок по разным методам определено, что летучесть кислорода в расплавах пород Маймеча-Котуйской провинции была повышенной относительно буфера ОИИ.

3. Изменение состава шелочных пород разной основности арыджангской и дельканской свит вызвано дифференциацией при фракционной кристаллизации расплава, соответствующего по составу щелочному пикриту или ультраосновному Фоидиту.

4. Между меймечитами и щелочными вулканическими породами рассматриваемой провинции не существовало генетической связи после достижения их расплавами ликвидуса. Однако одинаковые спектры РЗЭ в этих группах пород и в известной мере обшие черты химизма не исключают их генетического родства; на этапе генерации исходных расплавов.

5. Предположение о возникновении меймечитов за счет кумуляции оливин-хроншшшельного парагенезиса и? пикритового расплава противоречит реально наблюдаемый концентрациям некоторых породообразующих и редких элементов в никритах и' меймечитах.-

По теме диссертации автором опубликованы следующие работы:

1. Золотухин в.в., Лагута о. Н. о фракционировании магнезиальных базитовых расплавов и многообразии траппов на Сибирской платформе // Докл. АН СССР, 1985, т. 280, Н 4.

2. Лагута О. Н. Петротипы вулканогенной толши Наймеча-Ко-туйской провинции (север Сибирской платформы) // Тезисы докл. к региональному совещанию. - Иркутск, 1987.

3. Лагута.О. Н., Васильев Ю. Р. , Архипенко Д. К., Иванченко

И. Ю. Натролит и ano Филлит из миндалекаменных лав бассейна р. Ко-туй // ЗВМО 1988. N. 2.

4. Лагута О. н. Ликвидусные минералы лав Маймеча-Котуя как индикаторы глубинной эволюции исходных магм // Тезисы докл. Всесоюзного совещания. - Якутск, 1989.

5. Лагута О. Н. Пакет сервисных диалоговых программ для обработки. петрохимической информации // Тезисы докл. V Восточно-Сибирского петрографического совещания. - Иркутск, 1989.

6. Лагута О. Н. Моноклинный пироксен из базальтов и щелочных базальтоидов Маймеча-Котуйской провинции // Геол. и геофиз. 1991. Н 9.

7. Лагута О. Н. Петрохимические черты траппов из береговых обнажений оз. Лама (плато Путорана) // Палеовулканизм Ал-тае-Саянской складчатой области и Сибирской платформы. - Новосибирск: Наука, 1991.

Технический редактор О.М.Вараксина

Подписано к печати 27.04.93. Бумага 60x84/16. Печ.л.1,25. Уч.-изд.л.1,20. Тираж 100. Заказ 97.

Объединенный'институт геологии, геофизики и минералогии СО РАН Новосибирск,90. Ротапринт.