Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Тоналит-трондьевмитовые интрузивные комплексы Корякско-Камчатского региона

ВАК РФ 04.00.01, Общая и региональная геология

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Лучицкая, Марина Валентиновна, Москва

Лаборатория тектоники океанов и периокеанических зон земной коры

Лучицкая Марина Валентиновна

Тоналит-трондьемитовые интрузивные комплексы Корякско-Камчатского региона (геология, геодинамика). \

Геологический институт РАН

Москва 1998

Лаборатория тектоники океанов и периокеанических зон земной коры

Лучицкая Марина Валентиновна

Тоналит-троидьемитовые интрузивные комплексы Корякско-Камчатского региона (геология, геодинамика).

Геологический институт РАН

ь

КНИГА ИМЕЕТ 998г.

к а 'й н ь Й « - о С л О о г* 5'о В переплетной ед. соедни. номера вып. Таблиц 1 в I — Е в '31 X о о л ^ и £ Номера списка и порядковый С о

1 / £ 1Г г 1 Т\

Введение.

Актуальность. Активная континентальная окраина Северо-Востока России представляет собой коллаж террейнов различного генезиса (океанические плато, островные дуги, окраинные моря, микроконтиненты и т.д.). Для каждого из них характерен свой тип гранитоидных интрузивных комплексов, в том числе тоналит-трондьемитового состава. Типизация тоналит-трондьемитовых интрузивных ассоциаций по времени проявления, структурному положению и особенностям состава является актуальной задачей так как: 1) позволяет расшифровать reo динамическую обстановку их формирования и решить обратную задачу, т.е. уточнить геодинамическую природу вмещающих их террейнов; 2) дает возможность проследить начальные этапы формирования континентальной коры в зоне перехода океан-континент.

Корякско-Камчатский регион является благоприятным обьектом для решения такой задачи. Во-первых, незрелость коры обусловила отсутствме массового проявления гранитоидного магматизма и широкое развитие именно тоналит-трондьемитовых комплексов, связанных с начальными этапами ее формирования. Во-вторых, реконструируется весь набор обстановок зоны перехода океан-континент. В-третьих, наблюдаются тоналит-трондьемитовые комплексы, характерные для различных геодинамических обстановок и этапов развития в зоне перехода океан-континент.

В Корякском нагорье обьектами детальных работ были выбраны плагиограниты Куюльского офиолитового террейна и Эконайского террейна. Последний имеет покровно-складчатое внутреннее строение и в его пределах тектонически совмещены океанические и островодужные комплексы. Совмещение происходило в несколько этапов аккреции, каждый из которых сопровождался специфическим типом магматизма плагиогранитного состава.

В Камчатском регионе рассматриваются плагиограниты, входящие в состав синкинематических интрузий габбро и плагиогранитов Вахталкинского блока Ганальского хребта. Синкинематические интрузии габбро и плагиогранитов маркируют этап совмещения океанических и островодужных комплексов, как неметаморфизованных, так и метаморфизованных от зеленосланцевой до амфиболитовой фации.

Цель и задачи работы. Целью данной работы является выяснение геодинамической обстановки формирования тоналит-трондьемитовых интрузивных комплексов Корякско-Камчатского региона в мезозое. Задачи сводились к изучению структурного положения, времени проявления, особенностей петрографического, петро-, геохимического состава интрузивных комплексов.

Фактическая основа работы. Работа была начата в рамках темы "Метаморфические комплексы Камчатки" и продолжена по теме "Тоналит-трондьемитовый магматизм различных геодинамических обстановок". Работа проводилась в составе лаборатории тектоники океанов и приокеанических зон земной коры в Геологическом институте РАН. Фактический материал был собран автором в процессе полевых работ, проводившихся в 1986-1988 гг. в Ганальском хребте Камчатки; в 1990 г. - на Куюльском офиолитовом массиве. Кроме того была проведена камеральная обработка коллекции образцов плагиогранитов, собранной Крыловым К.А. во время полевых работ в Эконайской зоне Корякского нагорья в 1983- 1985 гг. Материал представлен в виде геологических схем м-ба 1:25000, 1:50000, таблиц, рисунков, диаграмм. В работе учтены литературные данные по геологии и гранитоидным комплексам Камчатки, Корякин. С целью сравнительной характеристики изученных обьектов привлекались литературные данные по раннемеловым, палеоценовым и эоценовым тоналит-трондьемитовым интрузивным комплексам Южной Аляски.

Методы исследования включали геологическое картирование м-ба 1:25000, 1:30000, детальное картирование петрографических разновидностей гранитоидных пород. При

обработке коллекции проводилось микроскопическое изучение пород, обработка петро-, геохимических анализов с построением различных диаграмм.

Научная новизна работы. В результате изучения тоналит-трондьемитовых интрузивных комплексов Корякского нагорья, Камчатки выявлены геодинамические обстановки их формирования. В составе Эконайского террейна и Ганальского хребта Камчатки установлены плагиограниты специфического состава, который предлагается выделять в качестве самостоятельного аккреционного типа магматизма. Показаны черты сходства аккреционного магматизма Корякско-Камчатского региона и околожелобового (преддугового) тоналит-трондьемитового магматизма Южной Аляски.

Основные защищаемые положения:

1. Плагиогранитный магматизм Куюльского офиолитового террейна относится к надсубдукционному типу и проявлялся в обстановке растяжения над зоной субдукции;

2. Плагиогранитный магматизм Эконайского террейна структурно и по времени проявления приурочен к этапам аккреции океанических комплексов в средней юре и среднем мелу.

3. Синкинематические интрузии габбро и плагиогранитов Вахталкинского блока Ганальского хребта маркируют этап совмещения океанических и островодужных комплексов на рубеже мела- палеогена.

4. Тоналит-трондьемитовый магматизм Корякско-Камчатского региона характеризует начальные этапы преобразования океанической коры в субконтинентальную. При этом аккреционные плагиограниты формировались в обстановке сжатия, а офиолитовые — растяжения.

Практическое значение. Результаты исследований, изложенные в настоящей работе могут быть использованы при детальном изучении интрузивных комплексов тоналит-трондьемитового состава других геодинамических обстановок. С рассмотренными в

работе интрузивными комплексами не связаны проявления полезных ископаемых, так как эти породы представляют собой первичные выплавки кислого состава и не обогащены редкими, редкоземельными и летучими компонентами.

Апробацияработы. Основные положения диссертационной работы докладывались на конференции молодых ученых ГИН РАН (1988); на втором Всесоюзном совещании "Тектоника литосферных плит" (Звенигород, 1989); на международном симпозиуме "Граниты и геодинамика" (Москва, 1990); на международном Геологическом конгрессе (Киото, Япония, 1992); на международном симпозиуме "Current research in geology applied to ore deposits" (Гранада, Испания, 1993); на международном совещании по геологии Арктических окраин (Магадан, 1994); на Всеросийском симпозиуме РФФИ в Сибирском регионе "Земная кора и мантия" (Иркутск, 1995); на первом Всероссийском петрографическом совещании "Магматизм и тектоника" (Уфа, 1995); на международном Хаттоновском симпозиуме "Граниты и геодинамика" (Балтимор, США, 1995); на международных конференциях по тектонике литосферных плит памяти Л.П.Зоненшайна (1995, 1998); на конкурсе научных работ ГИН РАН (1988, 1991, 1993, 1994); на тектоническом коллоквиуме ГИН РАН (1994).

Публикации: По теме диссертации опубликовано 13 работ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, изложенных на 102 страницах машинописного текста. Она содержит 60 рисунков, 5 таблиц, 2 фото. Библиография включает 156 наименований.

В первой главе рассматриваются тоналит-трондьемитовые ассоциации различных геодинамических обстановок и дается их характеристика. Во второй главе охарактеризованы плагиограниты Куюльского офиолитового террейна. В третьей главе рассматривается аккреционный магматизм Эконайского террейна Корякского нагорьяии, в четвертой главе - аккреционный магматизм Вахталкинского блока Ганальского хребта

Восточной Камчатки. Во второй, третьей и четвертой главах анализируются структурное положение гранитоидов, время их проявления, петрографические и петро-, геохимические особенности, возможные модели и геодинамические обстановки их формирования. В пятой главе приведены данные по раннемеловым, палеоценовым и эоценовым тоналит-трондьемитовым комплексам Южной Аляски с целью сравнения их с выделенными типами в Камчатско-Корякском регионе. В заключении суммированы основные выводы работы.

Работа над диссертацией проводилась в лаборатории "Тектоники океанов и приокеанических зон земной коры" Геологического института РАН. Научное руководство осуществлялось доктором геолого-минералогических наук и заведующим лаборатории С.Д. Соколовым, которому автор приносит благодарность. Пользуясь случаем автор выражает свою признательность Ю.М. Пущаровскому, A.B. Рихтеру, К.А. Крылову, С.Н. Гавриковой, Григорьеву В.Н., а также всем сотрудникам лаборатории за обсуждение вопросов, возникавших в ходе работы, консультации и постоянную поддержку.

Глава 1. Геодинамические обстановки проявления тоналит-трондьемитового магматизма

Тоналит-трондьемитовую интрузивную ассоциацию можно наблюдать в различных геологических обстановках: 1) гранулит-гнейсовых и гранит-зеленокаменных областях архея; 2) офиолитовых комплексах; 3) островных дугах; 4) на активных континентальных окраинах Андийского типа; 5) в аккреционных призмах (табл. N1).

Докембрийская тоналит-трондьемитовая ассоциация

Тоналиты, трондьемиты составляют значительную часть гранулит-гнейсовых областей и гранит-зеленокаменных поясов докембрия. По оценкам Р.Раппа и др. [Ларр Я.Р. е1 а1., 1991] они слагают 90% кислых пород в раннеархейских гранит-зеленокаменных поясах и гнейсовых областях, по данным [Магматические ..., 1987] кислые и средние магматические породы слагают 80% гранит-зеленокаменных областей и 50-80% площади высокометаморфизованных гранулит-гнейсовых областей.

Тоналит-трондьемитовая ассоциация гранулит-гнейсовых областей представлена так называемыми "серыми гнейсами", являющимися наиболее древними образованиями Земли, среди которых выделяются раннеархейский (3,8-3,6 млрд. лет) и позднеархейский (3,1-2,8 млрд. лет) комплексы [Магматические ..., 1987]. Наиболее известными примерами древнейших (>3,6 млрд. лет) "серых гнейсов" являются гнейсы Амитсок (Западная Гренландия) и Уивак (Лабрадор).

В англоязычной литературе для описания докембрийских (архейских) тоналитов, трондьемитов часто употребляется аббревиатура ТТГ, т.к. их петрохимический состав соответствует тоналиту, трондьемиту, гранодиориту.

Большинством авторов появление первых ТТГ в архее рассматривается как переход от первичной симатической коры к сиалической континентальной, поэтому интерес к изучению ТТГ важен в свете проблемы становления континентальной коры.

Принято считать, что более 70% современной массы континентальной коры было образовано в архее к рубежу 2,5 млрд. лет [Тейлор С.Р., Мак-Леннан С.М., 1988].

При рассмотрении петрологических моделей образования архейских ТТГ прежде всего учитываются их геохимическое своеобразие: обогащенность легкими редкоземельными элементами (РЗЭ) (в 5-80 раз по сравнению с хондритом); высокие La/Yb отношения (> 20); обедненность тяжелыми РЗЭ; отношения K_20/Na20<0,5;

высокие содержания AI2O3 (> 15%). Для объяснения генезиса ТТГ используются в основном две модели: 1) частичного плавления пород основного состава, преобразованных в метабазальты, амфиболиты, гранатовые амфиболиты, эклогиты [Windley, 1979; Martin, 1986; Martin, 1987; Rapp R.P. et al., 1991; Drummond, Defant, 1990, 1996; Wareham et al., 1996]; 2) фракционная кристаллизация водонасыщенного базальтового расплава [Arth et al., 1978; Hunter, 1978]. В пользу первой модели говорит: 1) бимодальность состава архейских "серых гнейсов", в которых ТТГ содержат включения пород основного (амфиболит) или ультраосновного (горнблендит) состава; 2) редкое присутствие пород среднего состава типа диоритов и андезитов. Кроме того, механизм фракционной кристаллизации не может объяснить огромный объем архейских ТТГ. По мнению М. Драммонда и М. Дефана [Drummond, Defant, 1990, 1996] единственными примерами докембрийских высокоглиноземистых ТТГ, которые образовались в процессе фракционной кристаллизации являются ТТГ, входящие в состав протерозойской серии Юго-западной Финляндии [Arth et al., 1978] и архейской гранодиоритовой серии Свазиленда [Hunter, 1978] представленные рядом горнблендит-роговообманковое габбро-роговообманково-биотитовый тоналит-трондьемит.

Быстрый рост континентальной коры и образование больших объемов ТТГ обычно объясняют [Drummond, Defant, 1990] особыми тектонотермальными условиями архея: 1) обилием коматиитов с температурой излияния примерно 1650°С; 2) более

горячей (на 200°-300°С) мантией, чем современная; 3) более мелкими размерами плит и конвекционных ячеек, более высокими скоростями спрединга и погружением в зонах субдукции молодых и горячих плит.

М. Драммонд и М. Дефан [Бшгптопс!, БеГаг^, 1990, 1996] считают, что наиболее эффективным механизмом получения высокоглиноземистых ТТГ архея является частичное плавление океанической плиты, состоящей из базальтов срединно-океанических хребтов (М(ЖВ) в зонах субдукции под островными дугами и на окраине континентов Андийского типа. Основные породы погружающейся плиты преобразуются в амфиболит, гранатовый амфиболит или эклогит. Авторы полагают, что подобный механизм может действовать и в современной геодинамической обстановке. Основным допущением является то, что погружающаяся плита должна быть горячей и иметь молодой возраст,_поэтому условия плавления достигаются на небольших глубинах.

Р. Рапп с коллегами [Яарр Л.Р. е1 а1., 1991] выполнил серию экспериментов по плавлению природных образцов базальтов и амфиболитов с целью моделирования процесса образования ТТГ. Эксперимент проводился при давлениях равных 8, 16, 22 кбар и содержании Н^О 1-2%. Начальные породы представляли собой низкокалиевые

оливиновые толеиты типа МОЯВ и богатый щелочами базальт. Составы получившихся при частичном плавлении остаточных расплавов в основном попали в поля тоналита, трондьемита, редко гранита на диаграмме С>-АЬ-Ог (рис. 1). Сравнение полученных в эксперименте составов с реальными петрохимическими параметрами архейских ТТГ показывает их большое сходство, хотя и имеются некоторые отличия.

Экспериментальные составы относятся к тому же высокоглиноземистому типу как и архейские ТТГ. Рассчитанные графики РЗЭ для экспериментальных составов также сходны с графиками реальных ТТГ (рис. 2). Наибольшее сходство отмечено для образцов, полученных при Р>16 кбар (в остатке получается эклогит). Р. Рапп и др. [Яарр е1 а!., 1991]

сопоставляют данные эксперимента с расчетами по архейским геотермам и приходят к выводу, что наиболее благоприятные условия образования больших объемов ТТГ были в среднеархейское время.

В настоящее время большое число авторов [Abbott, Hoffman, 1984; Windley, 1979; Martin, 1986, Martin, 1987; Wilks, 1988; Rapp et al., 1991; Atherton, Petford, 1993 и др.] распространяют действие механизмов тектоники плит на архей, хотя и подчеркивают, что тектонотермальные условия в архее были иными и поэтому процессы имели другую интенсивность.

Архейские ТТГ нередко сопоставляют с батолитами активных континентальных окраин запада Северной и Южной Америк [Windley, 1979] и Транс-Гималайским батолитом, сформировавшимся до коллизии Индийской и Азиатской плит, когда на окраине Азиатского континента существовала активная окраина Андийского ;гипа [Wilks, 1988].

Интересной является модель А.А.Щипанского и Ю.Ю. Подладчикова, касающаяся образования ТТГ, входящих в состав "стадных батолитов" гранит-зеленокаменных раннеархейских поясов [Щипанский, Подладчиков, 1991]. Авторы предполагают, что наиболее вероятным тектоническим сценарием развития гранит-зеленокаменных областей являлся механизм каскадной конвекции [Пущаровский и др., 1989], при котором всплывающий мантийный диапир инициирует коматиит-базальтовый вулканизм, вызывает разогрев мощной (50-60 км) симатической протокоры, частичное плавление ее нижних частей с образованием расплавов ТТГ, что ведет к гравитационной нестабильности и образованию структур "стадных батолитов". Высокоградиентная метаморфическая зональность вокруг "стадных батолитов", по мнению авторов, объясняется быстрым диапировым подъемом ТТГ плутонов с больших глубин. При этом дополнительный разогрев боковых частей диапиров при их быстром подъеме приводил к

выплавлению новых порций ТТГ, образующих малые интрузивные плутоны, приуроченные к окраинам купольных зон.

Тоналит-трондъемитовые комплексы офиолитов

В офиолитовых комплексах кислые интрузивные породы присутствуют в небольших объемах [Coleman, Peterman, 1975; Колман, Донато, 1983]. Они приурочены, как правило, к границе габбрового и дайко�