Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Петрология метаморфических пород Белореченского поднятия

ВАК РФ 04.00.08, Петрография, вулканология

Автореферат диссертации по теме "Петрология метаморфических пород Белореченского поднятия"

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М. В. ЛОМОНОСОВА

Геологический факультет Кафедра петрографии

На правах рукописи

АТАНАСОВ АТАНАС ГЕОРГИЕВ

УДК 552.4 (497.2)

ПЕТРОЛОГИЯ МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ПОРОД БЕЛОРЕЧЕНСКОГО ПОДНЯТИЯ (ВОСТ. РОДОПЫ — НРБ)

04.00.08 — Петрография и вулканология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва — 1990

Работа выполнена на кафедре петрографии Геологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова

Научный руководитель: доктор геолого-микералогиче-ских паук, профессор А. А. Маракушев

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук, вед. н. сотр. С. П. Кориковский (ИГЕМ)

кандидат геолого-минералогических наук, ведущий геолог В. Ы. Кастрыкина (ПГО Аэрогеология)

Ведущая организация: Институт литосферы АН СССР

Защита состоится 25 мая 1990 г. в 14-30 час. в ауд. 301 на заседании специализированного Ученого Совета К.053.05.08 по петрографии, геохимии и геохимическим методам поисков Геологического факультета МГУ (Москва, 119899, Ленинские горы, МГУ, Геологический факультет)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Геологического факультета МГУ, сектор А, VI этаж.

Автореферат разослан « » 1990 г.

Ученый секретарь специализированного Ученого Совета ст. п. сотр.

А. М. Еатанова

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы.Одним из основных объектов геологии и петрологии являются проблемы формирования и эволюции метаморфических комплексов земной коры.Связь с ними разнообразных полезных ископаемых придает их изучению как теоретическое, так и прикладное значе-ние..11ерспективность древних кристаллических пород Родоаской области, главным образом, на олово-свинцовые месторождения -предпосылка для проведения детальных целенаправленных исследований.

. В настоящее время широкое применение физико-химических методов ( в частности, термодинамики ) позволяет извлечь ценную . информацию об условиях, корообразуюцих процессоз и их эволюции. С введением и дальнейшей разработкой термодинамических методов в петрологии впервые открылись широкие возможности извлечения количественных оценок геодинамической эволюции метаморфизма.

Несмотря на.значительный обьем ранее проведенных работ в Ро-допской области, ряд вопросов метаморфизма продолжают оставаться крайне дискуссионными или имеют альтернативное .решение. Изучение метаморфических толщ на территории Родоп велось, главным образом, в сфере структурных и, частично, химико - минералогических аспектов метаморфизма. Наиболее актуальная задача настоящего времени связана с выяснением конкретных особенностей метаморфизма на примере отдельных регионов и их связи с более общими процессами и явлениями. Правильное ее решение способствовало бы познанию историко - геологического развития Белореченского поднятия н смежных структурно - фациальных зон и, в связи с этим, выработке критериев поисков полезных ископаемых з регионе.

Цель и задачи исследования . Цель работы - изучение геологи-, ческих, литолого - петрографических, петрохишческих особенностей, а также выяснение характера и условий регионального метаморфизма и гранитизации древнейвих пород в области Белореченского поднятия. Для ее достижения необходимо решить следующие задачи:

- выяснить структурное положение комплекса и его взаимоотно-вения со смежными структурами;

- расчленить метаморфическое толщиг изучить их вещественный ; состав и выяснить, первичную природу отдельных типов пород;

- изучить поведение минеральных парагенезисов при изменении термодинамических параметров метаморфизма;

- изучить специфику регионально -метаморфических процессов на различных зтапах тектоко - метаморфической активизации;

-выявить взаимосвязь между.физико-химическими параметрами метаморфизма и гранмообразования; -построить эБОЛюционнуи модель метаморфизма.

Фактический материал-и методика исследований. В основу диссертации положен материал, полученный автором в результате полевых . исследований, проведенных в 1983 - 1939 гг. в Восточных Родопах. В процессе камеральной обработки материалов описано более IIOO прозрачных шлифов. Обработаны 104 полных силикатных анализа, выполненных в лаборатории КГЭ АН УССР г. Киева. Особое внимание в работе уделено иикрозовдовому исследованию равновесных минералов. С этой целью выполнено более 650 точечных определений на микрозонде. Анализы выполнены на электроннозондовых анализаторах кафедр петрографии и минералогии Геологического факультета МГУ. Широко использован метод парагенетического анализа Д.С.Коржинского, а такке методы A.A.Маракушеваи A.A.Предовского при изучении петрохимичес-ких особенностей и реконструкции первичного состава пород.

Научная новизна работы. .-.■■'. -

-детально изучены химический и минеральный состав пород;

-впервые сделана попытка реконструировать первичную природу метаморфизованшх толщ, . ■

-впервые проведено специальное изучение метаморфизма с выяснением условий, направленности и количественных характеристик его параметров;

-выявлены связи, между процессами регионального метаморфизма и грашгаообразования;

Основные защищаемые положения.

1. Все исследованные породы являются продуктами прогрероив- .. ного регионального метаморфизма амфиболитовой (эклогит --амфиболитовой) фации и образовались в интервале 1= 500 - 660 0 С и

Р= 5 - 7 кбар.

2. Метаморфические породы представляют собой продуетн изменения основных матматитов а также глинистых, граувакковых, врко-аовых, и вероятно, вулканогенно-. осадочных образований»

3. Зкологигообраэование происходило на ранних этапах развития комплекса в условиях эклогит -амфиболитовой фации.

Ыетаморфазованные гранитоиды- результат двух последовательных этапов интенсивной гранитизации и магматического замещения вметших толщ.

5. Эеленосланцевый диаФтореЗ проявлен по удлинненшш зонам, а иногда на значительных площадях и отвечает условиям в Р-Т интервале Т= 300 - 420 °С а ?= 1,5 - 3,0 кбар.

Практическое значение работы состоит з том, что результаты исследования могут бить использованы при составлении и сопоставлении схем и моделей условий эволюции метаморфизма- в сменных районах Родопской области, а также при применении методов реконструкции первичной природы.метаморфических толщ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы, включающего 18? наименований. Работа излояена на 134 страницах печатного текста, иллюстрирована 53 рисунками и 27 таблицами.

Работа выполнена на кафедре перографии Геологического факультета МГУ. Исследования велись под научны;.! руководством члена-корреспондента АН СССР, профессора А.А.Маракушева, которому автор выражает глубокую признательность и благодарность за творческую помощь в выполнении данной работы. Автор выранает благодарность за консультации в содействие в процессе исследования докторам геоло-го-минералогйческих наук.В.И.Фельдману, С.П.Кориковскому, А.Н.Фено-генозу. Действенную помощь при проведении лабораторных исследований по диссертационной теме оказали Л.Е.Щербакова, Л.Б.Грановский. Особую благодарность автор выражает также сотрудникам кафедры минералогии Геологического факультета МГУ: доктору геол-мин. наук Г.П. Кудрявцевой, кандидату геоз-мин. наук В.К.Гаранину, ^спиранту Д.А.Варламову.

В процесса полевых работ и обработки материала автору помогали сотрудники Геолого-географического факультета Соф' чского укиверси-. тета кандидаты геол.-иин. наук Б.Маврудичев,. К.Колчева, -В.Драганов,-Х.Иванов,' а также А.Допев, К.Колев, Е.Плющев, С.Грозданов. Всем т автор выраяаег свою глубокую благодарность.

ЩМАШ РАБОТЫ • .

Глава I. . История геологического изучения района ( обзор работ предыдущих исследователей и описание основных черт геологического строения района )". 1 ■ : '

" : Район исследования белореченское поднятие) охватывает Юго-восточную часть Восточно-родопского блока (антиклинория ) на территории Родоп. Изучаемая часть разреза представлена наиболее глубокими горизонтами метаморфических комплексов области.

История геологического изучения региона связана с именами : Й.Цвийча, Г.Бончева, С.Коичева, А.Янишевского, ¿;Яранова, С.Димитрова, Н.Ф. Соловьева, В.Вергялот«. Д.Кохухарова, Р.Иванова. 1!.Бок-нова, Б.Маврудчиева, ^.Вапцарова, Н.Иванова, Н.Еелезнякозой-Панайо-товой, Е. Хожухаровой и многих ¿ругих.

В результата первых исследований выделены два комплекса по степени кегаморфкческих изменений : южна;: (Висох;ог:ристаллический) и верхний (низкохрисгаллический ). Кристаллическое ядро Восточных Родоп позже выделено как серия М^, подразделяемая на 4 свиты,сложенные чередующимися почками биотитовых и амфиболбиогятовах гнейсов, реже амфиболитов, слюдяных сланцев при незначительном количестве мраморов.

Согласно более подам исследованиям могут быть выделены два основных этапа ( мегацикла ) развития области ; докембрийский и фанерозойский. Докембрийский мегацикл охватывает два полных геосинклинальных цикла - докембрийский и протерозойский. Оба они связаны с метаморфизмом амфиболитовой фации и гранитизацией. Архейский (?) комплекс (объект исследования) считается результатом эвгеосишшшального развития с последующим проявлением среднетеы-пературного метаморфизма и улмрамегамор5яэма с характерными процессами мигматизации и гранитизации. Авторы указывают, что нианий комплекс образовался в условиях интенсивного метаморфизма осадочных и вулканогенно- осадочных толщ, достигшего местами анатексиса. После воздымают и денудации и последующего осадконакопления наступает новый этап метаморфизма, затрагивающий и низший комплекс. _ Характер и степень метаморфизма двух этапов существенно не различаются.

В наиболее ранних работах Родопская область в тектоническом отношении принимается как единый массив. Представление о докембрийс-кой консолидации срединного массива поддерживается и в более поздних работах и выделяется соответственно архейский,протерозойский, палеозойский, палеогеновый и неогеново- четвертичный структурные этажи. Исследования на территории Восточных Родоп позволили выделить этапы докембрийской эволюции, связанные .с развитием •' базит- ультрабазитового магматизма. Большинство исследователей сходятся на том, что Родопски'; массив в докембрии представлял собой краевую часть континента, к югу. от которого начинался бассейн с океаническим типом коры.

В последнее время под влиянием накопленных новых фактов неоднократно высказывается мнение.о существенной палеозойской и альпийской ремобилизации Восточнородопской области. Приобрело актуальность представление о преобладающем горизонтальном характере тектонических движений и формировании надвиговых структур.

Ло сих пор исследования р£3в::г:ш комплекса имели главным образом структурный характер, тогда как данные о термодинамической эволюции лракигчзс:-::-: о г су тот!;;."«.

О возрасте высокометамор?изованн.ого Фундамента. Вопрос о возрасте метаморфических пород в Родопах остается дискуссионным. После того как были выделены два метаморфических комплекса, и один из них был принят за архейский (?), а Егорой за протерозойский (?), этот вопрос либо считался решенный и принимался безоговорочно, либо подвергался критике. Одним из главных аргументов в пользу докембрийского зозраста фундамента является то, что на нем залегают палеозойские слабоизмененкие породы.

На основании найденных в последнее время окамекелостей микрофауны в разных частях; разреза последний подразделен на нижне-, средне-, и верхнепротерозойский. Полученные до сих пор данные радиологических определений для других частей Родопской области характеризуются большим разбросом значений. Наиболее часто встречаемые величины в грубом приближении мокко сгруппировать вокруг 530, 340, 230, 90, и 40 млн. лет, причем ни в одном случае не был отмечен докембрийский возраст. Переданные автором для исследования И. Пейчевой образцы из изучаемой части разреза показала соответственно 480 и 250 млн. лет , по результатам \J-Pl м РС-РС -методов и 35 млн. лет-по М- 5г. .

Глава 2. Геологическое строение 'Белореченского поднятия.

Белореченское поднятие занимает юго-восточную часть Родоп и представляет собой удлинненнуа в меридиональном направлении структуру, причем на территории Болгарии находится только ее северная периклиналь. Смена древних пород более молодыми происходит с юга на север. По литостратиграфическому объему и площадному распространению Белореченская группа полностью соответствует обособленному ранее архейскому метаморфическому комплексу в обрамлении Белореченского поднятия. Структуры второго порядка.представлены Белополской антиклинали, описанной позже как Тинтявское поднятие, а также Розинской синклиналью на востоке исследуемой области. На западе наблюдается тектонический контакт с гыиелегащкми толщами - Авренская тектоническая зона. Нормальное залегание пород изучаемой части разреза нарушается древнезаложенной Белореченской дислокацией.

Исследуемая часть разреза по литостратиграфическим признакам подразделяется на три части. Снизу вверх четко выделяются два максимума содержания слюды в породах мощность от 45 до НО а. В целом , нижняя часть разреза представлена, главным образом, лейко-кратовыии гнейсами со среднезернистой массивной текстурой, которые переслаиваются с мелко- до .србднезернистшш. мусковитошми и

двуслюдяными полосчатыми гнейсами. Наблюдается частичная гранитизация последних . Хорошо обособляется горизонт леикократовых гнейсов, который выклинивается в латеральном направлении. Границы последних обычно резки и иногда секут сланцеватость двуслюдяных гнейсов под незначительным углом. Нижняя часть разреза завершается в одних случаях-монотонной толщей частично гранитизированнгйс двуслюдяных гнейсов, а в других - мощной толщей ( до 170 м.) или телами средне-до крупнопорфиробластовых (по калишпату ) двуслюдяных и биотитовых гнейсов. Мощность 925 м.

Средняя часть разреза слоне на переслаивающимися слюдяннми .'. сланцами, мелкозернистыми двуслюдяными гнейсами, кв арцит о сланцами, амфиболитами и ыетаморфизованными ультрабазигами. Последнее отличается довольно разнообразным строением и незакономерным чередованием контрастных по составу , генезису и степени изменения пород. Мусковитовые и биотит-иусковитовые сланцы обычно.содержат порфиро-бласты граната, ставролита, кианита , хлоритоида , андалузита, С пластовыми амфиболитами , подстилашиыи буданированные гипербазиты, связаны сильно измененные экологиты. Последние представлены небольшими телами неправильной формы, всегда контактирующими с ги-пербазитами или амфиболитами. Мощность 775 м.

Верхняя част разреза, подобно нижней, характеризуется довольно однообразным строением . На общем фоне, слохенаом среднезернистыми . и очково-полосчатыми биотитовьши и двуслюдяными гнейсами, отмечают-' ся неправильные тела от средне- до крупнопорфиробластовых или бластопорфировых гранитогнейсов. Последние обнаруживают как посте-.' пенные, так и резкие контакты .с вмещающими породами и часто содержат скиалиты или ксеноболиты более основных пород. В самой верхней, части разреза, з двух крыльях Белопольской антиклинали, описанные' гранитогнейсы конхордантно, с резким переходом сменяются гомеобласто-выаи бнотптовыии гнейсами, часто содержащими гранат. Мощность 960 м. Гвава 3. Петрографические особенности пород Белореченской группы.

петрографическое описание проводится по типам пород .с учетом состава породообразующих минералов.

Плагиоклазы. Минералы этой группы участвуют в строении всех гнейсовых пород и очет редко встречаются среди слюдяных сланцев. Состав плагиоклазов изменяется от почти чистого альбита до андезина ( ¥1 ад-чб) У некоторых слюдяных сланцев, но для, гнейсовых пород ■ обычен РI 2^32» ^дерзание .в породах колеблется: 5-155»-в гранит о; -гнсмсах, 5-30 ^„в леикократовых гнейсах и'5-20 «¿-в остальных гнейсах. ■,..■'..,'-

Калгэ?г.ог.з~о'А дпаг.;- Характерен для^тех не типов пород.

Представлен промежуточным или упорядоченным высококалиевым микроклином /-2V = 75-82°;С * V, = 5-17°; J/o.,0 = 0,5- 0,9^=6-10 °¿ Ai/-Решетчатое строение и видимые пертитовые оаростхп отсуестзукя. Калишпат слагает от Ю до 50 £ состава пород, его количество возрастает з двусладяных и особенно в гр&якжогкэйсах.

Биотит. Железистость биотифа для всех типов пород относительно постоянна /h/¥t*Hf = 0,5 / и редко опекается до 0,41-0,45 а в двух случаях отмечено повышение этого отношения до 0,58-0,63. В'отношение глиноземистости (M/ai-f*.■» M^Sí ), однако налицо существенная разница для гнейсов и сланцев, с одной стороны /ср.= ; 0,25/ и для интенсивно гранитизированных пород, с другой /ср.=0,21/ Снизу вверх по разрезу окраска биотита изменяется от зеленой и буро-зеленой до красно-бурой. Большинство рассматриваемых биотитов принадлежит к глиноземистому истонит-сидерофиллитозому ряду.

Гранаты. Этот минерал развит во всех типах пород, за исключением интенсивно гранитизированных. Повсеместно гранат высококе-лезистый с ярко выраженной прогрессивной зональность» (от 0,04 в центре до 0,23 на периферии зерен ). Характерны высокие содержания опессартинового и гроссулярового минералов. Состав и характер зональности гранатов сходны во всех типах гранатсодержащих пород, включая эклогиты. Для последних отмечается более низкое содержание MjO в ядрах зерен и более, значительное участие гроссуля-рового компонента.

Ставролит. Встречается в метапелитах в ассоциации с гранатом, биотитом, кианитом, хлоритоидом и хлоритом. По составу в различных парагенезисах существенно сне различается и характеризуется почти постоянной железистостью / 0,71- 0,81 /, Изменение нелезистости ставролита связывается с повышением степени метаморфизма и количеством его в породе.

Хлорит. Равновесный в условиях ставролитовой фации метаморфизма, этот шнерал по данным электронно- зондовых анализов отличается хелезистостьв, варьирующей в диапазоне 0,40- 0,54;

Хлоритоид. Образует самостоятельные порфиробласты или агрегаты со ставролитм, хлоритом и мусковитом. Часто замещается ставролитом. 2елезистость колеблется в пределах °,б5- 0,74.

Омфацит. .Представлен реликтами среди массы вторичных образований, под микроскопом бесцветный с =33-40°, 2-Vup » 63-64 0 . Железистость изменяется от 0,21 до 0,37, а'содержание жадеитового компонента иногда превышает 40'*/ 6мас.£ //«//.

Гляна U. Гятрогимиуяпкяя гаратстериптика пошл

KfiimpftnPHttvntt групп». :

Закококор^оптк содержания химических элементов в составе и расположение их в структуре породообразуюдях минералов при 'метаморфизме позволяют производать сравнение данных анализов как.непосредственно, таи: и с помощью петрохимкческих пересчетов. По химическому составу изучаемые породы довольно разнообразны, что находится в соответствии с их литолого-петрограйичепкици особенностями. Имеющиеся результаты 104 силикатных анализов после соответствующих пересчетов нанесены на легрохимнчесние диаграммы А,А.Маракушева и А.А.Предовского. Приведены также 19 прямоугольных и треугольных диаграмм, которые с учетом минералогических и петрографических особенностей, представляются наиболее информативными. ....

Лейкокраговые гнейсы. По сравнению с остальными типами, эти породы отличаютск низкими содержаниями железокагкиевых компонентов . и относительно высокими средними содержаниями кремнезеиа/74,17,«ес. и щелочей, главным образом На диаграмма ьТ-гя^^ А1

лейкократовые гнейсы попадают в область перекрытия полей кислых мвгиатитов и граувакковых песчанников. В этой же области они рас- . полагаются и на диаграмме 5;-Д/«»К,|причем большая часть точек лежит в поле магматитов. Совпадение с последними имеет место также в обеих частях спаренной диаграммы Рг'- К'— л

Составы, отраженные на сводной диаграмме АКЕ А.А. Предовского в зоне Ар попадают, главным образом, в поле малоглинистых.и '■.• глинистых полевошпатово-кварцевых и аркозовых кластолитов /16 ан./ и в поле кисдых туфитов /5,ан. /. В зоне КГ лейкократовые гнейсы располагаются в правой части поля гомогенных сицшшгов, бедных калием. На диаграмме в координатах глинозем - сумма щелочей размещаются, главным образом, в пограничной области низкокварцевых арко-зов и кислых, магматитов. ::

По петрохимическим признакам, гнейсовые породы отличаются от лейкократовых гнейсов более низкими содержаниями кремнезема и натрия у. более высокими остальных оксидов. По мере уменьшения коли- . честза полевых шпатов в породе намечаются постепенные по химизму переходы к слюдяным сланцам..При этом, кореляционные зависимости распрзделения компонентов гнейсовых пород, во многих случаях распространяются и на слюдяные сланцы.

Гнейсовое породы, всего разреза показывают значительный разброс зкачеил,1 параметров и на диаграммах * . попада-

ют в поле граузакковых песчанников и монтыорилонитовых и гидрослюдистых глин. Больная часть составов в координатах размещается в облает;: каоликктовых (по К") и гидрослюдистых ( по & )

глин.

По классификации А.А.Предозского гнейсы попадают в класс, алюмосиликатных кластолитов с варьирующим количеством глинистого цемента. По параметру ? обломочные породы располагаются з области субграувакк и граувакк. По коэффициенту частной гликоземистости, большая часть составов лежит в полях глинистых и высокоглинистых кластогенных осадков, переходящих в поле глин. В части КБ определенный максимум намечается в районе средних составов граузанк к субграувакк.

Для всех парагенззисов слюдяных: сланцев характерны повышенные средние содержания глинозема (22,9 „О, закиси (5,05 и окиси ( 3,04 железа, а также К20 ( 3,51 Й) . Одновременно отмечаются более низкие содержания кремнезема ( 53,92. и М«Д1,32) Фигуративные точки составов слюдяных сланцев в координатах Р«'-*'"^»»'* располагаются в поле монтоморилонитовых и гидрослюдистых (по К) и каолинитовых (по Ре') глин. На общей диаграмме А.А.Предовского большая часть составов в зоне № попадают в поле глин. На специальной диаграмме для сразнения ыетапелитов с эталонными глинами все фигуративные точки лежат в области монтоморилонитовых и смешанных гидрослюдистых глин калиевого уклона, переходящих к иллитам. Составы слюдяных сланцев занимают нижние, железистые участки полей соответствующих исходных продуктов. В целом все составы попадают в средний по фемичности класс, объединяющий гидрослюдистые и близкие к ним образования со значениями фемичности от 3,050 до 0,300. Характерно, что все пелитовые породы были обеднены или вовсе лишены извести-и.карбонатов.

..-Бластопорфировыег порЗшробластовые и гомеобластовые гоанито-гнейсы. Отличаются довольно постоянным химическим составом по всей площади исследования, при существенном сходстве с химизмом лейкократовых гнейсов. По среднему содержанию кремнезема занимают промежуточное положение между лейкократовыми породами и остальными вристаллачэслиаи сланцами. Содэргани« , и рСгол в среднем в два раза меньше у первых.и в два раза больше - у вторых. Для лейкократовых пород и гнейсов, подвергнутых гранитизации, характерны некоторые обшие особенности. Для последних сумма щелочей обычно несолько выше, чем во вмещающих породах, а также намечается превышение калия над натрием. Интересно расположение на диаграа-аах А120,-, ащ- К20, Ъ02- А1}0> и £¿0, - КгО*и*Д гдо составы . лейкократовых гнейсов и гранктогнейсов лежат в стороне от трендов, общих для всех остальных типов пород.

Большая часть составов рассматриваемых пород на диаграмме располагается в зоне кислых магиатитов, перекрывающейся с частью

богатых щелочами граувакковыхлесчаиников. Аналогичное место по отношению к границам полей магматических пород занимают и в координатах и ,

Подобное разграничение последних видно и в- зоне КГ общей ди-, аграциы А.А.Предовского, где большинство точек гранитогнейсов по-казывшот максимум в районе средних составов извесгково- щелочного гранита и риолита. Ввиду неравномерно проявленной гранитизации,' обогащенные калишпатоы составы располагаются левее этого максимума и достигают точки среднего состава аркоз. В зоне АР, в области среднего состава риолита, наблюдается перекрытие с лейкоратовыыи породами. На диаграмме А£г0, - Кг0 + Мо.1_0 (форм, кол.)

позволяющей отличить обломочные породы от кислых магмагихов , большая часть точек лежит з зоне последних. Таким образом, можно сделать вывод о том, что гранитогнейсы представляют собой метаморфи-зованные . граниты или достигшие при более ранней гранитизации состава гранита.

Глава 5. Условия образования и метаморфизм пород Белореченского понятия

Используя методику парагенетического анализа минеральных ■. ассоциаций, детального изучения реакционных структур, а также изучая вариации составов фаз при изменении Т-Р условий, можно наметить главные закономерности развития.(эволюции ) метаморфизма. Р-Т ; режим условий регионального метаморфизма охарактеризован;на основе детального исследования химического состава и зональности сосуществующих минералов, минералогической термо- и бгрометрии, стабильности отдельных 1хнер.°лов илк минеральных парагенезисов з природных условиях и путей сопойтазлэняя полученных рззультатов с. диада-, зонами пегрэгапотйчес.ах .схеа,. рззр-а^гайах -С.Л.Коргтзокиа,' Л.Л.Пзрчукоа и А;А.!.!араку21звым,

С ючкп зрзния наиболее общих представлений о времени и месте регпопально-метаморфичедапс событий в истории геологического раз;..;тия подвижных областей, наиболее целесообразно рассмотреть в первую-очередь процессы эклогитообразования.

По петрохикическии особенностям зклогиты района очень близки с многими типичными эклогитами метаморфических комплексов амфибо-литовой фации. Более того, по некоторым параметрам (например общая . келезистость и соотношение щелочей ) они являются переходными к эклогитам, подчиненным поясам глаукофан-сланцевого метаморфизма. На диаграмме Му/Ге+М« — изучаемые породы располагаются

в поле низкотемпературных високожелезистых эклогитов с небольшими ¿>2р;гащ:яи: по хелезлстости и значительными - по щелочности.

Наиболее информативными в отношении генезиса и условий эклогитоо бразования является характер распределения компонентов между фазами, и особенно, внутри <£аз, выраженный зональным строением. Главными минералами эклогитового парагенезиса яьляются альмандиношй гранат с отчетливой п^огпвссиеной зональностью и обогащенный натрием /5,0-6,4 мае./» / клинопироксен. Подобный состав шнералов характерен для многих низко- среднетекпературных /эпидот-/ амфиболитовых и рутилов-ых эклогитов разных метаморфических комплексов.

Как известно,, важным ¿актором равновесия минералов эклогитового парагенезиса является давление. Низший предел устойчивости гранат-диопсидоьога парагенезиса в отношении давления снижается с возрастанием железистости пород, а также с повышением гроссуляровой и спес-сартиловой сотавляющих в гранате. Таким образом, минимальная железис-тость граната может служить показателем глубинности эклогитообразо-вания.

В силу относительно высокого содержания Са в породах, подвергнутых эклогитизации, становление эклогитового парагенезиса, в частности зарождение альмандинового граната, било возможно не только за с^ет железистых пород, но и за счет пород с более низкой железистости. Зарождению обогащенного и 0а гранта и жадеитового пироксена благоприятствовало наличие положительного градиента давления в условиях понижающейся или постоянной кремнекислотности. Некоторое повышение

кремнекислотности /вероятно, паралельно с падением давления/ характерно для более поздних стадий, с которыми связано образование сим--плектитовых структур вокруг зерен граната и омфацита. Повышенными значениями потенциала обусловлено высокое содержание жадеитового, компонента /30-40 мол.*/ в пироксене, железистость которого изменяется в рамках 0,21-0,37.

Для приближенной оценки температурных условий эклогитообразова-ния изпользованы диаграммы, характеризирующие распределение железа и магния между фазами, а также изотермы распределения Са для амфибол содержащих ассоциаций.

Интересная интерпретация результатов может быть получена, если принять часть роговых обманок за равновесные. Это допущение осноеы-вается на отсутствии реакционных взаимоотношений в некоторых шлифах и обнаружений трех генераций роговых обманов разного состава. Намечайся дискретные группы этого минерала со значениями железистости! 0,25, 0,38 и 0,60. Ьолее того* пироксеныотвечак/т средней желеэисто-сти соответственно 0,25 и 0,37. Существуют пар« Срх-Нь практически одинаковой железистости, т.е. с К «1. Минимальная железистость граната равна.О,796.

Используя даагракму распределения кальция междо и Срх п^и средней кальчяевости Срх - 0,610 ибг = 0,315-0,270 получены тепературы 520° и 565°С соответственно для ядерных и педоерийньас участков зерен. Применением диаграммы фазового соответствия Срх-НЬ для зклогитоаых парод,определены температуры соответственно 5сО°С для более железистой парой и Ь70°С для более магнезиальной.Равновесное распределение Му \ меаду 6с и Н8 для составов От1?ечает температуре 530°С.На сх-:

еме минеральных (¿аций пироксен-гранатовых пород Л.Л.Перчука/Р-Т диаграмма/,где учитывается хальциевость Ьг и Срх,исследованные парагенезиса занимает поле Т = 520-570°С и Ь = 10,0-8,2кбар. На диграмме са-ответсвия К(,";3 междуи Срх при определенных давлениях составы,в координатах К£,4 -Р лежат на изотерме 500°С,а при температурах,определенных по другим минералогическим термометрам,соответствует Р = 6 и ЮкОар для 570 и 530°С.При этих же температурах оцененывеличины Р на Р-Т диаграмме равновесного распределения и Са между и Срх.Полученные величины равны 10,5кбар. при 530° и б кба^ при 570°С.Применением геотермометра Эллиса и Грина при Р=10 кба^ рассчитаны температуры 569° и 781°С. Такая же температура расчитана для рутиловых эклогл-товъсех регионов мира. Второе значение,по видимому.слишком завышено, так как, во первых,учитывается суммарное железа микрозондовых анализов, и во вторых, кальциевое содержание в гранате является функцией разных факторов.

На основе вьи..эиэ ложе иного могут быть сделаны следующие выводы: 1» Доказательством метаморфического генезиса эклогитов Белореченского поднятия являются:

- приуроченность к тектоно-магматическим структурам для которых характерны метаморфогенные аклогиты»

- петрохкмические особенности, отвечающие условиям и областям проявления низко- и среднетемлературдах процессов эхлогитообра-зования;

- минеральный состав и низкотемпературное распределение компонентов между главными минералами / альмандиновый гранат, богатый жадеитом магнезиальный омфацит, роговая обманка, рутил/;

- отсутствие С^О} / в пределах чувствительности электронно-зондового анализа/ в составе породообразующих минералов, харах-

; • тарного для магматических эклогитов и генетически связанных с гипербазитами.

- хо -

- развитие богатых кальцием гранатов, что не характерно для эклогитов, генетически связанных с гипербазитаки; .......

- характер зокальностк кристаллов грзнзта:'высокое' содержание Ми з центре зерен и до' полного отсутствия по'краям прк'параллельном возрастании М/' ; подвижность а распределение Са опрёделяювдо-ся исходном содержание« этого элемента в породе а изомор?ют'замещениями Са, Ни и Р« ; отсутствие реликтов высокотемпературного распределения компонентов*

2. Возникновение.эклогитового парагенезиса происходило в'условиях прогрессивного регионального метаморфизма на ранних этапах развития области.

3. Эклогиты образовались, вероятно, за'счёт оливиновых габбро-идов /бескварцевые эклогиты по А.А.Маракушеву/'в "норовых" услови-' ях и являются в общем изофациальнкми с вмещающими породами.

Пригодность бедных СаО пород (цетапелиты и метапсамкнты)"для' детального подразделения фаций субфаций доказывается тем, что типо-морфные минералы или их ассоциации в них характеризуются узким температурным интервалом устойчивости. Подобная чувствительность такие отмечаете^ и в отношении литостатического давления.

Изучаемые породи полностью локализуются в области пород,"образовавшихся в среднетемпературных условиях и отвечают умеренным и повышенным давлениям ставролитовой фации метаморфизма и фации биотип-мусковит овых гнейсов (двуслюдяных гнейсов и сланцев).

Ставролитовая фация подразделяется на две субфации: низкотемпературную (о Ку или А«"*' ) и высокотемпературную (сЗ^* ). Нигде на территории исследованной области силлиманит не встречен. Е ?о..'ь-шинстве случаев алюмосиликат 'представлен кианитом и лишь в отдельны х участках андалузитом^-Последний характерен для относительно узких, приконтактовых с гранитоидами зон, метасоматичесхи изменённых.

"Досгавролитовые" парагенезиса с участием хлоритокда в сланцах разреза сохранились в редких случаях, лииь в реликтах внутри зерен граната или как продукты наложенного зеленосланцевого диафтор'еза. В наиболее низкотемпературных парагенезксах ставролит образуется за счёт распада хлоритоида. При повышении температуры намечается переход к следующей ступени, где появляется парагенезис.ставролита с биотитом.

Гранаты во всех парагенезисах отчётливо зонально. Значительное содержание спессартпнового и гроссулярового комппкентоз, "Зп-аяцнх ¡13 центра к краям зёрен, указывает на более :;:;эк/9 гемлор-чт^рц га-ро»дц:!ия кристаллов. Быстрое уменьшение доли к исчезнэ2о:ч:е М* з

сторону периферии говорит'о значительно:.: положительном градиенте по температуре и, по видимому, по 'давлению.' ' ■

В более высокотемпературных парагекезясах' состав граната нз, изменяется и он устойчив в разных ассоциациях, оязление биотита при повышении температуры сопровождается возраставшем количзства ставролита, что по видимому, не приводит к заметному изменению железистости последнего. Одновременно наблюдается резкое усиление распада хлоритоида, происходящего с развитием псевдоморфоз и структур замещения по нему ставролита.

Появление парагенезиса St*6r*&l*Hi*Q- Cht отвечает началу ставролит- хлоритовой субфации. Состав граната заметно не изменяется, но в некоторых парагенезисах наблюдается некоторое снижение его предельной железистости ( до 0,30-0,77 ). Следующая .ступень • фиксируется полным исчезновением последних хлоритов (Г=0,40т0,45) и возникновением парагенезиса Si*6f *Ку * Ms + а .

Таким образом, в изучаемых породах прослеживаются парагенезиса з температурном интервале от верхов зеленосланцевой фации ( реликты и наложенные ), через-стзролитовузо'фацим до относительно высокотемпературных, биотитовых гнейсов, сопряженных с участками интенсивной гранитизации. Последние, наряду с высокотемпературными продуктами ставролитовой фации, пользуются наибольшим распространением. В одном из прикон!актовых участков с гранитоидами, кроме явного завышения температуры равновесия, наблюдаются ясные ыетасо-матические изменения. В безполевошпатовых гранат-ставролит- муско-витовых сланцах вследствие привноса' KgO развиваются биотит, андалузит и микроклин. Наблюдаются реакционные взаимоотношения, протекшие по реакциям: Gr * (KzOi -» Мег ♦ + ы : S^+{KtO I-*■ — Her ■* ДиЛ * Ыи.м ; Si + (Kt0)~*Mcr+MnCU Данные взаимоотношения однозначно указывают на более позднее становление гранитоидов по отношению к бесполевошпатовым породам.

Характерные особенности пород гранитоидного облика ^ состава в области - , которые могут служить указанием на их генезис и условия формирования, рассматриваются в структурных, петрографических и термодинамических аспектах исследования.

Более или менее отчетливые контакты с вивщающт Породами редки и в большинстве случаев не ясны.- Наблюдаются, главным образом, характерные для автохтонных и глубинных гранитоидов постепенные контакты с присутствием в разной степени гранитизированных тел вмещающих пород. Последние часто сохранают первичные элементы залегания и фиксируют догранитные структуры. Обычными для автохтонных гранитов, также являются резко выраженные порфировидные текстуры.

Таким образом, можно утверждать, что гранитовды формировались без видимых явлений механического внедрения магмы и нарушения более древних структур. В пределах облаете;; более интенсивной гранитизации, обособляются разности, испытавшие некоторое перемещение и слагающие отдельные более? ил:; менее самостоятльные тела.

Результатом интенсивной калиапатизации является частое возникновение микроалиновых выделений. Последние подразделяется на бластопорфировке, являющиеся по видимому, фенокристаллами (идиоморф-ные, лишены вхлючений ) и лорфиробласговые, результат метасоматического роста. В большшетве случаев удается отличить реликтовые и метаморфогенные акцессорные циркон и аппаткт.

Наблюдаются два.этапа кирмекитообразования, разделяемые процессами альбятиэации, мускозитизации и гранитизации. Повсеместное • развитие мирмекитов указывает на глубинность 'формирования грани-товдов. Два этапа глубинных процессов доковывается такие развитием антипертитов замещения в гранитоидах нижней части разреза. Антипер-титы возникают путем замещения уже альбитизирозанных полевых . шпатов.

О режиме кислотности-щелочности при гранитизации'можно судить по составам ( линиям постоянной глинозе^истости ) биотита, являющимся функцией химической активности К и общей щелочности. На бинарной, диаграмме "в' координатах "С^'У/Ми по соотношению в биотите /в среднем 0,71/ исследуемые порода отвечаю? средним по щелочности группам биотитовых гранитов. На диаг-• 'р&умёу^-^^дсоответстсвуют биотатовым и двуслюдяным гранита!.!

. В относительно,менее гранитизированнкх гнейсах , хотя и редко, сохраняется, парагенезис кианит- биотит- ставролит. Таким — -образом, исчезновение кианита-и ставролита может быть обусловлено как возрастанием температуры, так и интенсивностью гранитизации.

С целью определения.величины парциального давления воды при фиксированных Р и I, использованы диаграммы ^-Т при нанесенный!! проекциями ликаа сслядуса. Определены занчения порядка ^"3,3-4,1 и ^-0,4-0,7 , В эвтектическом составе вода составляет 8,5-9,5 .

Применением разных минералогических геотермобарометров сделана попытка .реконструкции Р-Т тренда метаморфизма, (рис. I) Данные о самих низкотемпературных ступенях метаморфизма (при .появлении . биотита или граната ) отсутствуют. Несмотря на это Р-Т тренд на начальных этапах представляется близким к изотермическому, но со значительным градиентом давления. Этот вывод основывается на данных о составе гранатов как эклегнтов, так и. мётапелитов, в частности, на характера их зональности.

При достижении величины 4-5 кбар Р-Т тренд в'лгслаживается и в высокотемпературно^ области идет почти изобарическим путем. Исключение намечается только для э"логигового парадэксзиса, где из трзх точек, определенных по ^злихшии £&эовиц соотношениям, одна попадает в области высоких давлении при сопоставимых температурах Вторая точка лежит на тренде выведенной по парагенезиса:,; мегаполис тов. а третья занимает промежуточное положение.

По видимого, начальные этапы метаморфических изменений происходили после длительного осадкокачоплонпя ( парадельно значительному прогибанию) при постепенном повышении температуры, определяющейся восходящим теплопотоком.

Нанесение данных термометрии позволило построит схему изоград. ( рис. 2,3 ). для этой цели использованы-кал максимальные, так и минимальные температуры, определены по разит фазовым соотношениям. Намечаются некотрые интересные закономерности распределения температур. Как для максимальных, так и для минимальных температур наблюдается некоторая "нарупанность " нормального размещения изоград. В северной части области налицо почт г.г.ралельное расположение, что мо.-:ет служить указанием на единую термальную ось или центр. На юге наблюдается постоянное возрастание минимальных температур и понижение "максимальных, указывающие но только на завися- . мости от разных термальных центров, но и на разнонаправленность термальных пол:;; для минимальных температур. Кзограды максимальных температур располагаются относительно закономерно но с очень характерным "искажением" вокруг области наиболее интенсивной площадной гранитизации. Здесь изограда 600 как бы окаймляет эту область. Более того, изограды самых низких температур, из зафиксированных максимальных, таете закономерно "искажены" даже в участках незначительных выступов гранитогнейсов. Распределение изоград в низкотемпературной области максимальных температур представляет собой искаженные изограды реликтовых температур.

В зонах интенсивного потока ювенильных флюидов и тепла формировались концентрические или удлиннешше термические купола. По периферии этих зон проявляются наиболее высокотемпературные метаморфические процессы и гранитообразование. По мере разрастании термальных куполов, в их частях происходили гранитизация и плавление с образованием неперемееенных гранитогнейсов о характерно« гнеисовидностыо, окруженных зонами фзльдгшатиэации. Часть образовавшегося расплава поднкн-лась вверх с образованием типичных интрузивных гранитов.

В отдельных зонах, связанных с тектоническими нарушениями а иногда на значительных плоиддях высокометаморфическиа породи затронуты зеленосланцевым диафторезо^. На основе проведенных исследований дяаф- ■ торических парагенезисов к.сжно допустить что, Р-Т условия зеленослак-цеБОГО метаморфизма отвечали температурному интервалу Т = 300-420°С . при давлении Р = 1,5-3,0 кбар.

Заключение. .

Б результате проведенных исследований метаморфических толщ Белореченского поднятия могут б^ть сделаны следушцие выводы:

Развитые в обрамлении Белореченского поднятия разнообразные ме-таоазиты/эклогиты и амфиболиты/ и метапелиты/Сиотитовые, гранат-оио-титаше, двуслюдяные гнейсы а сланцы, оезполевошпатовые глиноземистые слюдяные сланца и др./ являются продуктам амфиболитовой и став-ролитовой фации метаморфизма. По петрохимическим признакам исследованные породы указывают на значительные различия в отношении первичной природы метаморфизованных материалов

На основании термодинамических данных раскрыта эволюция режима метаморфизма. Использую всесто^онные мякрозондовые исследования изучена эволюция химического состава граната, биотита, ставролита, хлорита, хлоритоида. ,

Геологические условия, минеральные парагенезиса л термодинамические данные свидетельствуют о метаморфизме в условиях кианит-силли-манитового барического типа о последующий проявлениям/ процессов ин-. теислвной гранитизации и становления гранитных массивов.

Установлены приближенные значения Р-Т диапазона отделных субфаций и ступеней метаморфизма метапелитов и сопоставлены с петроген^ти-ческиш схемами С.П.Кориковского и Л.Л.Перчука- На основании результатов геотермометрии намечены изоградымаксимальных и минимальны« фик- • сированных температур, а также реконструирован Р-Т тренд метаморфизма, ЕЫявлена связь мевду процессами метаморфизма метапелитов и гранитизации, обусловленная полным циклом регионального метаморфизма с двумя этапами гранитизации.

- п. -

В<с.1 Р-Т условия и тренд метаморфизма на схеме минеральных фации /по А.А.>.аракушеву/

200 1(00 600 100 Т'С

Фации: 1.дву слюдяных сланцев и гнейсов;, 2-б.кианит-биитито-вых и силлиманит-биотитовых гнейсов и гранат-эпидотовых амфиболитов/2/, амфибол-цоизитовых/3/ и амфиболовых/4/ вкло-гитов; гранатовых и клинопироксен-гранатовых ам$ш5одитов/5/; 6-7. филлитовых а хлорит-мусновитовых сланцев Области: 1.аилогитооОразования» II.метаморфизма метапелитов Ш.зеленосланцевого диафтореза; IV.наиболее вероятной напра-г» вленности процессов гранитообразования

Рис.2.

Схема распределения минимальных температур метаморфизма.