Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Реконструкция обстановок формирования протолитов метаморфических комплексов докембрия на основе статистического моделирования их характеристик по петрогеохимическим данным

ВАК РФ 04.00.02, Геохимия

Автореферат диссертации по теме "Реконструкция обстановок формирования протолитов метаморфических комплексов докембрия на основе статистического моделирования их характеристик по петрогеохимическим данным"

о —

со -

^ --О. ГУ-

Л..

'Российская сМядемня (Лаук Институт геологии и геохронологии докембрия

На правах рукописи

МАРТЫНОВ Евгений Васильевич УДК 551+552.4 (234.74)

РЕКОНСТРУКЦИЯ ешовок ФОРМВАШ ПРОТОШОВ МЕТАМОРФИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ ДОКЕМБРИЯ

НА ОСНОВЕ СТАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПО ПЕТРОГЕОХНМНЧЕММ РНЫМ

Специальность - 04.00.02 - геохимия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Санкт-Петербург 1997

Работа выполнена в Геологическом институте Кольского научного центра РАН (ГИ КНЦ РАН)

Научный руководитель -

доктор геолого-минералогических наук Н.Е.Козлов

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук И.ИАБРАМОВИЧ

доктор геолого-минералогических наук, профессор ВАРУДНИК

Ведущая организация: Геологический факультет Московского государственного Университета

Защита состоится /9 /¿СМс^Ы 1997 года в час. на заседаш-

Специализированного совета Д.003.72.01 при Институте геологии геохронологии докембрия РАН по адресу: 199034, Санкт-Петербург, на Макарова, д.2

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГГД РАН Автореферат разослан /3 о-тс^л ¿рл 1997 года

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат геолого-минералогических наук

Т.П.Щеглова

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Задача реконструкции обстановок формирования протолитов метаморфических комплексов докембрия гесно связана с исследованием фундаментальной проблемы выявления закономерностей происхождения и эволюции литосферы Земли, выдвигающейся сегодня в число наиболее актуальных в зокембрийской геологии.

Целью настоящей работы являлась разработка методики реконструкции обстановок формирования протолитов метаморфических комплексов докембрия на основе статистического моделирования их характеристик по петрохимическим данным.

Основные задачи исследований. В ходе работы решались следующие задачи:

1. Распознавание протоприроды пород, слагающих метаморфические комплексы докембрия;

2. Моделирования на эталонах фанерозоя петрохимических характеристик обстановок формирования породных ассоциаций, сформировавшихся в различных геодинамических ситуациях;

3. Реконструкции обстановок формирования протолитов докембрийских комплексов на основе сравнения их петрогеохимических характеристик с характеристиками образований фанерозоя.

Научная новизна. Предложена оригинальная методика моделирования, на основе петрогеохимических данных, характеристик обстановок формирования породных комплексов фанерозоя и докембрия, заданных в виде системы отношений частичного порядка на эталонной совокупности фанерозойских структур. Разработан способ учета возможных отличий по химическому составу разновозрастных образований при реконструкции обстановок формирования протолитов докембрийских метаморфических комплексов.

В работе защищаются следующие положения:

1. Петрогеохимические особенности базальтов различных геодинамических обстановок фанерозоя, используемые в качестве эталонов для докембрия, оптимальным образом могут быть представлены через систему обобщенных показателей, построенных методом статистического моделирования отличий совокупностей неоднородных выборок.

2. Составы основных пород метаморфических комплексо] докембрия закономерно отличаются от фанерозойских, что вероятш отражает их эволюционные различия. Эти закономерности могу быть количественно описаны системой обобщенных показателей.

3. Метод многовариантной реконструкции позволяет учитыват эволюционные различия петрогеохимических характеристю разновозрастных образований и тем самым обеспечивает корректносг результатов распознавания геодинамических обстановок формирование протолитов докембрийских комплексов.

Фактический материал, использованный в работе, собра! автором в течение 1977-1996 годов в ходе исследований коллекций i фондовых аналитических данных сотрудников Геологическоп института КНЦ РАН Е.С.Антонкжа, А.А.Басалаева, В.И.Болотова А.А.Иванова, Ю.И.Ильина, Н.Е.Козлова, В.А.Мележика А.А.Предовского, П.К.Скуфьина, Ж.А.Федотова по различньы районам распространения докембрийских комплексов пород Северо Востока Балтийского щита, а также обширного литературной материала по гранулитовым комплексам Евразии и фанерозойскю образованиям мира. Работы проводились в рамках плановы: исследований Геологического института КНЦ РАН, а также в рамка: сотрудничества с геологическими службами Северной Норвегии i проекта 275 МПГК ЮНЕСКО "Глубинная геолошя Балтийскоп щита". Выводы о закономерных особенностях состава пород сделань на основе более 6000 полных силикатных химических анализов.

Работа выполнялась в лаборатории осадочного i вулканического лито- и рудогенеза и завершена в лабораторш геологии и геохимии гранулитовых поясов ГИ КНЦ РАН.

Практическое значение исследований заключается в том, что ош предлагают новые методические подходы и повышают корректност выводов при изучении разнообразных процессов породо- i рудообразования в докембрийских метаморфических комплексах земно) коры, а также расшириряют возможности прогнозирования полезны ископаемых на основе сравнительного анализа фанерозойских i докембрийских образований и с учетом данных об эволюции веществ Земли в ходе ее развития. Информация о направленности геохимическо! эволюции структур позволяет более корректно реализовывать в геологш актуалистический подход.

Апробация. Отдельные выводы и основные положения работь докладывались на всесоюзных совещаниях 'Терригенные породы раннеп докембрия" (Апатиты, 1977), "Проблемы реконструкции первично!

природы метаморфических пород" (Ленинград, 1988), "Глубинное строение и геодинамшеа кристаллических щитов Европейской части СССР' (Апатиты, 1989), "Эволюция докембрийской литоа^ры" (Ленинград, 1991), международном симпозиуме по проекту 275 МПГК ЮНЕСКО "Поздний и рачний архей. Геология, структуры, руды" (Петрозаводск, 1992), а также совещании по итогам этого проекта (Турку, Финляндия, 1993), межгосударстве ином (в рамках СНГ) семинаре "Проблемы петрогенезиса, структуры и эволюции докембрийских гранулитовых поясов" (Апатиты, 1993), 21-ом Геологическом зимнем симпозиуме (Лулео, Швеция, 1994), 8 Симпозиуме Европейского геологического союза (Страсбург, Франция, 1995), 1-ом Всероссийском петрографическом совещании (Уфа, 1995), Международном симпозиуме "Математические методы в геологии" (Прага, Чешская Республика, 1995), 30-ом Международном геологическом конгрессе (Пекин, Китай, 1996).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 29 работ, в том числе 1 монография. Результаты исследований изложены в 4 научных отчетах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа размещена в цвух томах. Первый том состоит из введения, трёх глав, заключения и списка литературы (67 наименований), и содержит 103 страницы машинописного текста, 13 рисунков, 13 таблиц. Во второй том помещены 43 таблицы, характеризующие параметры распределения породообразующих окислов в исследованных выборках, а также список литературы послужившей основой использованной базы данных (113 наименований).

При написании работы автор пользовался советом и содействием коллег из Геологического института КНЦ РАН Е.С-Антонтока, В.Н.Глазнева, П.М.Горяинова, А.А.Иванова, Н.Е.Коэлова, ВАМележика, ААПредовского, которым глубоко признателен. Автор также благодарен за помощь в оформлении диссертации всему коллективу лаборатории Геологии и геохимии гранулитовых поясов ГИ КНЦ РАН.

Автор благодарит директора Геологического института КНЦ РАН, член-корреспондента РАН Ф.П.Митрофанова за постоянное внимание и поддержку данного исследования.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Существо проблемы.

Проблема формирования и развития литосферы является одной из важнейших в современной геологии. Особог внимание привлекает докембрийский этап, охватывающий более 80% геологической истории Земли. Важное место при его исследовании играет реконструкция обстановок формирования протолитов метаморфических комплексов. Среди подходов к изучению этого вопроса в последние годы все большее значение придается геохимическим методам.

Использование петрохимических характеристик породных комплексов при изучении общей истории формирования и развития литосферы в докембрии и фанерозое базируется в настоящей работе на трех основных принципах:

1. Сходстве, в общих чертах, процессов породообразования в докембрии и фанерозое;

2. Устойчивости определенных параметров химического состава горных пород в процессах регионального метаморфизма;

3. Тесной связи химического состава и обстановок формирования ассоциаций горных пород.

Эти принципы определяют возможность суждений об обсгановках формирования протолитов докембрийских комплексов на основе сопоставления их геохимических характеристик с эталонными для фанерозоя. Вопрос о сохранности состава пород при метаморфизме неоднозначен, тем не менее автор настоящей работы, допуская аллохимичность некоторых метаморфических процессов, полагает вслед за радом исследователей (Петров, Макрыгана, 1975; Кременецкий, 1992; Козлов, 1995), что достаточно часто они не приводят к сколько-нибудь существенному изменению первичного состава. Это же подтверждается и оригинальными данными, приведенными в настоящей работе.

Существующие методики распознавания протоприроды метаморфитов базируются, как правило, на сопоставлениях определенным образом выбранных параметров химических составов метаморфитов и эталонных выборок для групп (в рамках выбранной классификации) фанерозойских пород. Обычный недостаток этих методик - перекрытие областей, занимаемых породами разных групп в признаковом пространстве. Это вносит некоторый элемент неопределенности при распознавании протоприроды метаморфитов, что необходимо учитывать при последующей реконструкции обстановок формирования протолитов докембрийских комплексов.

Моделирование на эталонах фанерозоя петрохимических характеристик обстановок формирования протолитов докембрийских комплексов является важнейшей задачей, корректное решение которой существенно повышает достоверность реконструкций. Кроме того, существующие методики, как правило, разрабатывались изначально для целей диагностики фанерозойских комплексов образований и их механическое использование для метаморфических комплексов докембрия зачастую приводит к получению некорректных результатов. Это может быть связано как с неустойчивостью некоторых признаков при региональном метаморфизме, так и с теми особенностями докембрийского этапа развития Земли, которые могут быть отражены в виде отличий химических составов образований фанерозоя и докембрия. Поэтому, для повышения надежности реконструкции необходимо определить характер этих отличий и найти способ их учета при сопоставлении разновозрастных комплексов.

Постановка основных задач реконструкции обстановок формирования протолитов метаморфических комплексов докембрия.

В основе предлагаемого геохимического подхода к решению задач реконструкции лежит банк данных, содержащий информацию о химических составах горных пород метаморфических комплексов докембрия и образований фанерозоя А^А;}, совокупности

которых используются в качестве эталонов обстановок формирования породных ассоциаций. Удобной математической моделью для представления химического состава комплекса горных пород, охарактеризованных п параметрами, является п-мерная случайная величина. Тогда химические составы совокупности разновозрастных образований А и О могут быть формально представлены совокупностями п-мерных случайных величин Х={Х;} и Для комплексов фанерозоя А известны некоторые

характеристики обстановок их формирования {р]}, причем значения каждой из них заданы в виде отношения частичного порядка на множестве А*А. Аналогичным образом могут быть заданы возрастные характеристики.

Представленный в работе подход к решению задачи реконструкции обстановок формирования протолитов докембрийских метаморфических комплексов основан на разработанном автором методе статистического моделирования

характеристик {р|} в виде функций параметров их химического состава. Сущность этого метода состоит в следующем.

Пусть - множество п-мерных случайных величин

и на множестве Ъ*Ъ задано отношение частичного порядка "<". Если с - п-мерный вектор единичной длины, то скалярное произведение (с,2,) является одномерной случайной величиной. Эту случайную величину можно охарактеризовать ее математическим ожиданием М{(с,2])}.

Для сравнения математических ожиданий предлагается использовать ранговый статистический критерий Пури-Сена-Тамуры о равенстве средних. В этих целях неоходимо произвести оценку средних (в качестве этой оценки выбирается медиана Ме{(с,20}) и вычислить статистику Пури-Сена-Тамуры Л((с,2|),(с,2^)). Статистическое моделирование характеристики, множество значений которой заданно отношением "<", заключается в поиске такого п-мерного вектора с единичной длины, для которого, при выбранном уровне значимости 5, выполняются условия:

Ме{(с,г;)} < Ме{(с,^)} и А((с,^),(с,^)) > Х2(6) (здесь Х2(5)-значение квантили у} -распределения для уровня значимости 5 для всех пар <Ъ\,Ър> таких, что Х\<ЪУ

Выбор указанного статистического критерия определяется его устойчивостью относительно нарушения условия нормальности (и даже унимодальности) распределений случайных величин, а также относительно наличия в выборках аномальных наблюдений. Эти нарушения (и наличие аномальных наблюдений) характерны для реальных выборок.

Содержательно задача моделирования сводится к аппроксимации отношения частичного порядка обобщенным показателем Р:2-Ж, функционально связанным с параметрами химического состава образований в виде Р(2,)=М{(с,2|)}. Качество аппроксимации оценивается значением функционала ;(Р)=шш А((с,г;),(с,^)), где и^ад^г^}.

и

Вектор с, который будем называть фактором частичного порядка, характеризует общую направленность изменчивости химических составов относительно частичного порядка.

В связи с вышеизложенным в рамках настоящей работы были поставлены и решались следующие задачи:

Задача распознавания протоприроды метаморфитов.

Результатом процедуры распознавания первичной природы пород, слагающих эти комплексы, является их классификация по группам горных пород в рамках выбранной систематики. Решение этой задачи осуществлялось по методике, разработанной А.А.Предовским (1970, 1980), а ее автоматизированный вариант -автором совместно с А.А.Предовским (1990). Распознавание по этой методике позволяет описать первичную природу метаморфитов в виде двух совокупностей выборок: выборками, состоящими только из однозначно классифицированных образцов, и выборками, расширенными за счет образцов отнесенных к нескольким группам одновременно.

Выборки этих совокупностей, соответствующие одноименным группам, сравниваются между собой по критерию Пури-Сена-Тамуры о равенстве средних. В случае, когда гипотеза о равенстве средних относительно одной из групп, для выбранного уровня значимости, отвергается необходимо осуществить два варианта реконструкции обстановок формирования протолитов изучаемых комплексов докембрия (отдельно для каждой совокупности) с последующим сопоставлением результатов, полученным по этим вариантам. В противном случае, предлагаемые в работе методы гарантируют совпадение результатов реконструкции по обоим вариантам.

Задача моделирования характеристик обстановок формирования комплексов фанерозоя.

В работе описан способ решения этой задачи на примере исследования связи между химическим составом породных ассоциаций и типом коры, на которой они формировались. Как известно, горизонтальная неоднородность современной земной коры характеризуется подразделением ее на континентальную, океаническую и кору переходного типа. Такое подразделение коры позволяет упорядочить эти типы, например: континентальный < переходный < океанический. Тем самым определена характеристика р, измеряемая в порядковой шкале, которая задает классификацию образований фанерозоя по типам коры, т.е. вводит отношение частичного порядка на множестве А*А (соответственно и на Х*Х).

Для целей сопоставления разновозрастных комплексов по химизму слагающих их пород, относительно данной характеристики, необходимо обеспечить переход п-мерных случайных величин {X;} к

некоторому обобщенному показателю, фукционально связанному с этими величинами и обладающему некоторыми оптимальными свойствами. Такой переход может быть осуществлен путем аппроксимации введенного отношения частичного порядка обобщенным показателем Р, котором} соответствует фактор частичного порядка с, с максимальным значением функционала качества J(P). Для этого следует решить оптимизационнук задачу:

max J(P)

при ограничениях:

Me{(c,Xi)} < Me{(c,Xj)} и A((c,Xj),(c,Xj)) > ХЦ5) для всех пар <Xi,Xj> таких, что Xj<Xj.

Тогда в качестве обобщенного показателя выбирается функция I такая, что P(Xj)=M{(c,Xj)}. Для поиска решения указанной задач! оптимизации в работе использовался метод Нелдера-Мида.

Содержательно эта задача сводится к построению метрическое шкалы измерения степени "океаничносги" ("континентальносш") корь формирования комплексов на основе выявления закономерносга изменчивости параметров химического состава породных ассоциацш фанерозоя при переходе от энсиалических образований i энсиматическим.

Задача моделирования характеристик отличий обстановок формирования фанерозойских комплексов.

Для решения этой задачи каждая обстановка G, эталонной множества {Gj} должна быть охарактеризована совокупность« объектов фанерозоя А;={А^}, сформировавшихся в соответствующи: условиях. Химические составы породных ассоциаций {А^ представлены в виде совокупности n-мерных случайных величин Х;= {Xj]J. Для целей построения системы характеристик отличи] фанерозойских комплексов необходимо для каждой пары <Gi,G^ построить систему дискриминантных функций, заданных а множестве случайных величин и обеспечивающую оптимально^ разделение совокупностей Xi и Xj.

Так как, для каждой пары <G;,Gj> можно ввести отношен» частичного порядка "<" (Xjk<Xjr, если i<j), то для каждой парь совокупностей случайных величин <X,,Xj> строится обобщенны) показатель Ру с максимальным значением качества аппроксимаци] J(Pij). Если для выбранного уровня значимости такой показател найден, то задача решена. В противном случае, необходимо одну и совокупностей, например Хи разбить на несколько, возможна

пересекающихся, множеств {Z;j}. Основой для такого разбиения может служить информация алгоритма о случайных величинах наиболее "препятствующих" разделению на множества. Затем для каждой пары <Z;i,Xj> осуществляется поиск обобщенного показателя, аппроксимирующего отношение частичного порядка Рщ.

Если и в этом случае окажется, что для некоторой <Zjj,Xj> невозможно построить обобщенный показатель с требуемым уровнем значимости, то следует произвести более дробное разбиение множества X, и повторить попытку построения уже новой системы {Pjji}. Процедура заканчивается либо построением {Рщ} (и соответственно {c^}), либо выводом об отсутствии отличий по химизму в между совокупностями Aj и Aj.

В случае, когда построенная система состоит из нескольких обобщенных показателей, ее следует оптимизировать. Этот шаг определяется требованием выбора наиболее устойчивого, из всех возможных, описания отличий. Для оптимизации системы {Pyi} в работе разработан метод суть которого заключается в следующем.

Охарактеризуем построенную систему критерием качества Jo=min{J(Pjji)}. Степень устойчивости описания предлагается характеризовать функционалом J=min{(cp,cjjr)}, принимающего значения в промежутке [-1,1]- Такой выбор определяется представлением о максимальной устойчивости (мах J) в случае линейной разделимости выпуклых оболочек множеств (MiX,^)} и {M(Xjk)} и, следовательно, достаточности одного обобщенного показателя для описания отличий рассматриваемых совокупностей.

Исходя из изложенного, выбор устойчивого описания может быть осуществлен в результате решения, для выбранного уровня значимости 5, оптимизационной задачи:

max J

при ограничениях:

а) J0 > Х2(5);

б) Me{(cijbXik)}<Me{(cijbXjr)} и A((cijl,Xik),(cijl,Xjr))> х2(5) для всех <Xjk,Xjr,l> таких, что Xijc<Xjr и Xjk из Zq.

Для ее решения, как и при решении предыдущей задачи, в работе использовался метод Нелдера-Мида. Содержательно эта задача сводится к установлению характера отличий параметров химического состава комплексов фанерозоя, сформировавшихся в разных геодинамических обстановках.

Задача моделирования характеристик отличий докембрийских и фанерозойских комплексов.

Пусть совокупность разновозрастных образований состоит из двух совокупностей - эталонных породных ассоциаций фанерозоя А={А,} и метаморфических комплексов докембрия Их химические составы

представлены совокупностями п-мерных случайных величин Х={Х;} и У={У|}. Для выявления характера отличий химических составов докембрийских и фанерозойских образований предлагается метод построения минимальной (по количеству) системы обобщенных показателей {Р]}, которая оптимально описывает эти отличия. Для этого на множестве Х*У вводится отношение частичного порядка: Х,<У) для всех у. Затем методом, описанным для решения задачи моделирования характеристик отличий обстановок формирования, производится построение системы обощенных показателей {Р[} (и соответственно факторов {5}). Аналогичным образом производится и оптимизация построенной системы.

Задача учета особенностей химических составов комплексов докембрия при реконструкции обстановок формирования их протолитов.

Особенности химических составов пород для комплексе] докембрия (М(У|)} относительно фанерозоя {М(Хк)} определяют« системой {(¡} факторов частичного порядка Х^ < У], полученной пр! моделировании характеристик отличий по химическому состав; фанерозойских и докембрийских образований. Для учета эти; особенностей в работе предлагается процедура многовариантной (каждом; фактору ^ соответствует вариант V,) реконструкции.

В основе способа реконструкции по каждому варианту V; лежи разработанный автором метод, позволяющий получать оценки характеристик обстановок формирования протолитов докембрийски комплексов, которые не зависят от возможных смещений {М(Х0} 1 {М(У1)} относительно фактора отличий (¡. Такая независимость достигаете в результате снижения размерности признакового пространства результате перехода от исследования п-мерных случайных величин к (п 1)-мерным путем проектирования реализаций {Х^} и {У|} н гиперплоскость ортогональную ^ с последующим моделирование! изучаемых характеристик в пространстве меньшей размерности.

Необходимость моделирования характеристик в новом признаковом пространстве определяется возможным отсутствием, для выбранного уровня значимости, аппроксимации в этом пространстве какой-либо характеристики обобщенными показателями. Для оценки соответствия обстановок формирования протолитов докембрийских комплексов эталонам фанерозоя в работе введена мера сходства. В качестве этой меры выступает статистика Пури-Сена-Тамуры, вычисленная для выборок выбранных по определенным правилам.

Процедура многовариантной реконструкции завершается сопоставлением результатов, полученным для каждого из вариантов. Степень их соответствия определяет уровень достоверности результатов реконструкции.

Использование методики при реконструкции обстановок формирования метаморфических комплексов докембрия.

Возможности предлагаемой методики продемонстрированы а работе на примере исследования метаморфитов гранулитовых поясов Евразии, включая породные ассоциации Анабарского, Алданского, Китайско-Корейского, Украинского, Индийского щитов, СевероВосточной Азии, Прибайкалья и Лапландского гранулитового пояса. Кроме того, были использованы данные по ряду докембрийских структур Кольского полуострова, Карелии и Центральной Финляндии, представленных протерозойскими комплексами Печенга- Варзугской зоны и архейскими комплексами терского, водлозерского, ондозерского и вокнаволокского блоков, района Варпайсярви, а также предположительно протерозойскими образованиями щучинской серии и амфиболито-гнейсового комплекса Белоруссии. Примерное положение изученных территорий показано на рис.1.

Автор не ставил своей задачей защиту всех приведенных в настоящей главе выводов, что должно быть предметом специального эбсуждения. Главной целью, в данном случае, являлась попытка тродемонстрировать на примере изучения некоторых докембрийских объектов возможностей предлагаемой методики. Большинство триведенных здесь результатов получено в ходе совместных 1сследований со специалистами, проводившими детальные геолого-г-еохимические работы в пределах названных территорий.

Рис. 1. Схематическое полох<ение районов фанерозойских (1) и докембрийских (2) образований, данные по которым использованы в работе.

Проведенная процедура распознавания протоприроды метаморфитов докембрия позволила классифицировать их по группам. Для целей реконструкции обстановок формирования были выбраны породы основного состава, которые ввиду наиболее надежного распознавания их первичной природы могут быть интерпретированы в общем виде как метамагматиты, а в большинстве случаев, с учетом геологических данных, как метабазальты. В результате этого оказалось, что указанные объекты в работе были охарактеризованы 1213 полными силикатными анализами. Кроме того, для гранулитовых поясов Евразии были исследованы серии пород (всего более 1200 анализов пород).

С учетом данных о наибольшей инертности в процессах метаморфизма петрогенных элементов, для сопоставления обстановок формирования фанерозойских и докембрийских породных ассоциаций были выбраны следующие компоненты химического состава: БЮг, Т1О2, А1203, £РеО, МвО, СаО, Ш20, К20 (приведенные к 1).

Первой задачей, которая стояла перед автором, являлась проверка возможностей рассматриваемых методов моделирования параметров на эталонных объектах фанерозоя. Для этого было проведено моделирование петрохимических характеристик отличий энсиалических и знсимагических образований, а также отличий породных комплексов юных, развитых и зрелых островных дуг, срединно-океанических хребтов, континентальных рифтов и траппов.

Юные душ в работе представлены комплексами, развитыми на коре океанического типа: Южно-Сандвичева островная дуга, Марианская островная дуга и Тонга-Кермадекским островодужный сегмент. Развитые дуги - комплексами коры переходного типа: Курильская, Камчатская и Алеутская островные дуги. Зрелые душ представлены комплексами, развитыми на коре континентального типа: Японская, Липарская и Новогвинейская островные дуга. Островные душ охарактеризованы 557 химическими анализами базальтов.

Срединно-океанические хребты (кора океанического типа) предстаилены породами Атлантического, Индийского и Тихого океанов. Эти структуры охарактеризованы 195 химическими анализами базальтов.

Континентальные рифты (кора континентального типа) представлены породами Рейнского грабена, Байкальской рифтовой зоны, рифтовой зоны Запада США, Африкано-Аравийского рифтового пояса, рифтов Восточной Азии и Центрального Французского массива. Данные структуры охарактеризованы 214 химическими анализами базальтов.

Траппы (кора континентального типа) представлены базальтами и долеритами Африканской и Индийской платформ, всего 176 химических анализа.

При моделировании характеристик отличий химических составов объектов докембрия и фанерозоя, при выбранном уровне значимости 0.01, оказалось необходимым построить два обобщенных показателя: для разделения докембрийских и энсиматических фанерозойских комплексов по фактору Ию, и для разделения докембрийских и энсиалических фанерозойских образований по фактору Р1к (рис.2). Необходимость учета возможности смещений по этим двум факторам определил выбор двухвариантной процедуры реконструкции.

П*=0.45'»0 2-0.28ТЮ 2+0.21*А1 аО3+0.22ТеСЮ.0б*МдО+0.24*Саа0.27'Ыа 20-0.75К 20

0,315

0,305 0.295 0,285 0,275 0.265 0,265

-0,04 -0,03 -0,02 -0,01 0,00

Рю=-0.1*а0 2-0.82ТЮ 2-0.11*А1 203-»0.34*ре0+0.0б'мд0+0.03*са0+0.28*ма 20+0.32*К 20

□ -1 О -2

Т

Рис.2. Положение медианных значений составов основных пород различных объектов фанерозоя (1) и докембрия (2) на диаграмме Яо (обобщенный показатель "энсшштинеские фанерозойасие образования - комплексы докембрия") - Л* (составляющая обобщенного показателя "энсиалические фанерозойасие образования - комплексы докембрия", ортогональная /ч»).

В результате моделирования характеристики отличия химических оставов энсиалических и энсиматических образований фанерозоя был [айден обобщенный показатель Рко (рис.3), относительно которого все юродные ассоциации первого и второго типов отличаются друг от друга с ровнем значимости 0.01. Моделирование характеристик отличий для (ыбранной системы обстановок формирования фанерозойских комплексов позволило построить систему обобщенных показателей, соторая позволяет достоверно (с уровнями значимости 0.02) слассифицировать эталонные объекты.

Р^-О.ОГБЮ 2-0.86ТЮ 2-0.05*А1 2О3+0.4ЧЮ+0.01\М5Сн0.03'СаСН0.29\Ма 20+0.15*К 20

Рко=0.38*ЯО 2-0.06*ТЮ 2+0.03*А1203+0.32*ре0+017*м80+0.21*са0-0.26*ма 20-0.78*К 20

Рис.З. Положение медианных точений обобщенных показателей для основных пород энсиалических (1) и энсиматических (3) объектов фанерозоя и докембрия (2): "энсиалические-энсиматические образования (Рко) и фанерозой-докембрий" (

Изложенное позволяет говорит о наличии устойчивых отличий составов базальтов всех структур, формирующихся на континенте, от океанических образований, что свидетельствует в пользу предположения о различии состава мантии под океанами и континентами, ранее высказанного в общей форме ВАКутолиным (1972). Наличие такой неоднородности находит в последнее время подтверждение геофизическими данными (Кунин, 1989).

Следующим шагом являлась проверка предлагаемых методов н; достоверность диагностики образований фанерозоя, не включенных ] эталонную совокупность. Она осуществлялась на материалах по химизм; базальтов Малой Антильской дуги, рифтовых зон Исландии и о-в Северный (Новая Зеландия). Полученные результаты свидетельствуют I высокой диагностической способности этих методов (табл.1).

Диагностические свойства методики при исследовани) докембрийских объектов продемонстрированы в работе на пример реконструкции обстановок формирования протолитов гранулитовы поясов Евразии. Полученные результаты показали их наибольше сходство с юными дугами фанерозоя (табл.1), что хорошо согласуете с материалами многих авторов (Петрова, Левицкий, 1984; Розек 1987; Рудник, 1986; Моралев, 1986; Козлов, 1995 и др.] использовавших при исследовании данных структур целый комплек геолого-геохимических методов.

Таблица ]

Результаты реконструкции обстановок формирования некоторых комплексов фанерозоя и докембрия (по мере сходства)

комплексы юные разв. Зрелые траппы ср-ок конт.

фанерозоя

и докембрия дуги дуги дуги хреб. рифты

грабен о.Новая 5,8 26,2 11,1 37,9 18,3 од

Зеландия

рифтовые зоны 10,5 30,7 22,1 38,9 0,8 14,1

о.Исландия

М. Антильская 23,5 0,9 1,7 41,2 27,6 22,9

дуга

гранулитовые

пояса

Лапландии 2,5 25,4 39,9 54,7 15,7 17,2

Анабарского 3,7 17,6 31,5 20,4 6,7 8,8

щита

Алданского щита 4,8 23,0 35,2 39,0 8,6 8,7

Сев.-Вост.Азии 2,0 17,4 32,1 22,7 17,6 17,6

Китайско- 4,4 16,8 22,9 12,6 10,4 7,6

Корейского щита

При исследовании протерозойских структур Печенга-Имандрг Варзугской зоны оказалось, что они контрастно отличаютс

эх юных дуг и тяготеют к континентальным рифтам (табл.2), что хорошо объяснимо исходя из их возможной проторифтогенной природы (Смолькин, 1992, и др.).

Соответствие этих результатов выводам, полученным независимыми методами свидетельствует о работоспособности чанной методики при исследовании обстановок формирования протолитов докембрийских комплексов.

Таблица 2.

Результаты реконструкции обстановок формирования структур Печенга-Имандра-Варзугской зоны (по мере сходства, вариант Но)

комплексы докембрия юные разв. Зрелые траппы ср-ок конт.

дуги луга дуги хреб. рифты

Северо- П ечен гская 40,3 38,6 47,4 84.2 34.9 21,8

серия

Томигская серия 33,1 36,2 45,9 36.7 17.3 16,9

Варзугская серия 30,4 33,8 46,3 26.5 14.8 10,6

Поскольку в ряде обобщающих работ по крупным геологическим совокупностям (Абрамович, Клушин, 1978; Шоу,1980; Ронов и др.,1988; Белоусов, 1990 и др.) обосновывается геохимическая эволюция Земли, другим вопросом, на примере которого исследовались возможности предлагаемых методов, был поиск геохимических отличий породных ассоциаций разновозрастных структур. С учетом результатов реконструкций, полученных для гранулитовых поясов, данная задача также решалась на их примере.

Было установлено (Козлов, Мартынов, 1995), что гранулитовые пояса и островные душ имеют целый ряд системных отличий, описанных на рис.4 обобщенным показателем Р2, которые совпадают с наиболее общими тенденциями, описанные для Земли в целом (Венке и др., 1987; Сун и др., 1987).

¥2= 0.255Ю2+0.09ТЮ2+0.27АЬО3-0.7б1РеО-0.41М£0+0.21 СаО+О.СШа20+0.25К20 В аспекте проблемы геохимической эволюции Земли, рассмотренной на примере протоостроводужных систем, интересным представляется вопрос о том, с какого этапа ее развития в

петрогеохимических характеристиках пород начинают значим* просматриваться черты их современных гомологов.

Рис.4. Основные тенденци изменения состава метавулканито различных по возрасту гранулитовы поясов Евразии в сравнении вулканическими сериями встроены дуг.

Fr обобщенный показател отличий для ряда: основные-кислы вулканиты (метавулканиты); обобщенный показатель отличий дл ряда: метавулканиты гранулитовы поясов - вулканиты палео-островных дуг. Исходные данные весовых % и приведены к 1.

Сокращения: ЮНД, РЗД, ЗР/ - юные, развитые и зрелые дугь соответственно; АНБР-Анабарский щит; KOJIC-Лапландские гранулиты; ЛБКЛ-Прибайкалье, шарыжал гайская серия; ПБКЛ'-то же, ольхонская серия; КИТ-Сев.Китай АЛДН-западная - юго-западная часть Алданского щита; СВАЗ-Сев. Вост.Азия; ИНД-Южная Индия; УКР-южная часть Украинского щите ГРАН-гранулиты в целом.

Исследования по этому вопросу проводились на основе данных составах пород, развитых на некоторых наиболее изученных территория Кольского полуострова, Карелии, Центральной Финляндии и Белоруса« для которых, согласно модели докембрийского аккреционного роста (Part 1991), наращивание коры шло от более древнего ядра на востоке результате более молодых процессов, которые надстраивали ее на запад д трансскандинавского фронта. В этом случае можно предполагать, что дл структур раннего докембрия, расположенных на западной окраин древнейшего протоконтинента, могли сохраниться черты зональности проявленной в виде статистически значимых отличий соответствующи структур докембрия относительно обобщенного показателя отличи! энсиматических и энсиалических образований фанерозоя.

Оценки петрохимических характеристик относительно этого оказателя свидетельствуют в пользу такого предположения (рис.5).

БЕЛОРУССИЯ 77.8

КАРЕЛИЯ 6.2

КОЛЬСКИЙ П-ОВ 21.3

ФАНЕРОЗОЙ 8.04

-[-о-о-оо—скххго—ооо]-р—шз-о-и]—>

КОНТИНЕНТ ОКЕАН рко

0,215 0,220 0.225 0,230 0,235 0,240 0,245 0,250 0,255 0,260

0=1; а =2; Д =3; О =4; ♦ =5; Я =6; А =7; +■ =8

Рис.5. Положение медианных значений обобщенного показателя <ко для фанерозойских и докембрийских комплексов.

Условные обозначения: 1,2 - энсиалические и энсиматические образования фанерозоя; 3 - терский; 4 - лапландский гранулитовый пояс Кольского полуострова; 5 - водлозерский и ондозерский блоки Карелии; 6 Центральная Финляндия и вокнаволокский блок Карелии; ? - амфиболито-гнейсовый комплекс Белоруссии, 8 - щучинская серия Зелоруссии.

Поскольку исследованные образования являются, согласно ■еолого-геохронологическим данным, одними из древнейших на «ученных территориях, можно предполагать, что подобная геохимическая ^однородность возникла уже на ранних этапах развития Земли.

В ходе апробации разработанных методов были выявлены и другие ¡акономерности, изучение которых в дальнейшем возможно позволит засширить знания об эволюции Земли. Примером этого может служить тредварительный вывод о расширении во времени отличий составов основных пород (рис.2), что, по мнению автора, является частной •соличественной иллюстрацией известной закономерности тоследовательного расширения в ходе развития планеты спектра составов магматических пород (Богатиков, Борсук и др., 1980).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основным итогом проведенных работ является разрабоп методики реконструкции обстановок формирования протолитс метаморфических комплексов докембрия на основе статистическо] моделирования их характеристик по петрохимическим данным.

Показано, что предложеннный метод статистическо! моделирования на объектах фанерозоя характеристик отличи совокупностей неоднородных множеств оптимальной системе функций параметров химического состава образований да! возможность осуществлять достаточно надежную диагностш обстановок формирования фанерозойских породных комплексов \ основе петрогеохимических данных.

Использование этого метода позволило установит статистически значимые закономерные отличия петрогеохимичесю характеристик докембрийских и фанерозойских образованю свидетельствующие о своеобразии различных этапов формирована Земли и эволюции вещественного состава породных комплексов, чт является важным при использовании актуалистического подхода. Эт определило необходимость учета выявленных отличий пр реконструкции обстановок формирования протолитс докембрийских комплексов.

Предложен метод многовариантной реконструкции, которы обеспечивает корректное сопоставление разновозрастнь образований. Он аппробирован на объектах фанерозоя и докембри; параметры обстановок формирования которых установлен независимыми комплексными геолого-геохимическим

исследованиями. Соответствие с ними полученных авторо результатов свидетельствует о работоспособности предлагаемо методики.

В процессе изучения докембрийских комплексов Балтийског щита были выявлены и иные возможности данной методик! которые в дальнейшем, возможно, расширят знания об эволюци Земли.

Список основных публикаций по теме диссертации:

1. Новый метод группировки геохимических объектов п многомерным количественным данным,- в кн. Бассейн: осадконакопления и зоны вулканизма докембрия Кольского регион: Апатиты.: изд.КФ АН СССР, 1983, с.108-114 (в соавторстве Е.С.Антонюком).

2. Особенности химизма метапелитов архея Терского блока, в н. Бассейны осадконакопления и зоны вулканизма докембрия ольского региона. Апатиты.! изд.КФ АН СССР, 1983, с.60-68 (в заиторстве с В.И.Болотовым, А.А.Ивановым).

3. Основы создания автоматизированного банка данных по етрогеохимической характеристике докембрия Мурманской области Гиетта". Методические рекомендации. Апатиты.: изд.КФ АН СССР, 984, 51с. (в соавторстве с Е.С.Антонюком)

4. Автоматизированная система моделирования первичного инерального состава метаморфитов. Апатиты: изд. КНЦ АН ССС , 990. 90с. (в соавторстве с А.А.Предовским).

5. К вопросу о первичной природе метаморфитов апландского гранулитового пояса (Балтийский щит). Геохимия, N

1992. С.142147 (в соавторстве с Н.Е.Козловым).

6. Петрогеохимическая неоднородность архейских упракрустальных комплексов восточной части Балтийского щита в вязи с проблемой эволюции древнейшей коры. - В кн.: еодинамика и глубинное строение советской части Балтийского шта. Апатиты: изд. КНЦ РАН. 1992, С.99-106 (в соавторстве с [.Е.Козловым, А.А.Ивановым).

7. Geochemistry of Early Precambrian granulite Belts and nplications for the evolution of collision zones//in materials of \temational symposium IGCP project 275 deep geology of the Baltic Fennoscandian) Shield, IGCP project 257 Precambrian dyke swarms, etrozavodsk, 1992, p.40-42 (в соавторстве с Н.Е.Козловым).

8. On evolution of Archean crust in the Northeastern Baltic Shield, /in materials of international symposium IGCP project 275 deep geology f the Baltic (Fennoscandian) Shield, IGCP project 257 Precambrian dyke ivarms, Petrozavodsk, 1992, p.28-31 (в соавторстве с А.А.Ивановым, I.Е.Козловым).

9. Some aspects of geochemical evolution of collizion zones //in laterial of symposium "THE SVECOFENNIAN DOMEIN", Turku, 'inland,1993, p.36 (в соавторстве с Н.Е.Козловым).

10. Tentative use of analogy to stady the Precambrian complexes.// erra Abstract suppl. N1 to Terra Nova, v.7, 1995, p. 104 (в соавторстве с 1.Е.Козловым, Л.Д.Кирилловой).

11. Гранулитовые пояса докембрия и некоторые аспекты етрогеохимической эволюции протосубдукционных зон в ходе азвития Земли. - Геология и геофизика, N12, 1995, т.31, с.105-112 (в оавторстве с Н.Е.Козловым).