Введение к работе
Актуальность проблемы. Исследование докембрийских метаморфических комплексов является одной из важнейших задач современной геологии, направленной на углубление существующих представлений о строении и эволюции земной коры, закономерностях размещения полезных ископаемых и природе глобальных геодинамических процессов в докембрийское время. В пределах Восточно-Антарктического кратона одним из наиболее подробно изученных является протерозойский Биверский метаморфический комплекс, развитый в северной части гор Принс-Чарльз. Несмотря на большой объем геолого-геофизической информации, полученной в этом районе за последние четыре с половиной десятилетия, многие проблемы, связанные с Биверским комплексом оставались нерешенными или остродискуссионными, в частности: проблема разделения метаморфических толщ на более дробные структурно-вещественные единицы, проблема геологической природы характерных для этого района контрастных магнитных аномалий и проблема принадлежности к Биверскому комплексу глубокомета-морфизованных толщ, развитых в смежных районах.
Петрофизические исследования, сыгравшие ключевую роль в этой работе, первоначально предпринимались лишь с целью решения вопроса о геологической природе магнитных аномалий, но, как оказалось, дали новую информацию, проливающую свет и на другие нерешенные проблемы. Это позволило добиться существенного прогресса в понимании эволюции земной коры в изучаемом регионе. Разработанные в ходе настоящего исследования методические приемы могут быть применены при решении сходных задач в других районах развития метаморфических комплексов.
Научные исследования, положенные в основу диссертационной работы, направлены на решение задач, сформулированных в Федеральной Целевой Программе "Мировой океан" в рамках подпрограмм "Минеральные ресурсы Мирового океана, Арктики и Антарктики" и "Изучение и исследование Антарктики". Особое внимание к району, изученному в настоящей работе, связано с тем, что он входит в полосу международного антарктического геотраверса АНТАЛИТ. Полученные результаты служат укреплению отечественных приоритетов в деле геолого-геофизических исследований в Антарктике.
Основная цель и задачи исследования. Целью данной работы являлось выявление главных черт строения Биверского метаморфического комплекса, уточнение его пространственных границ и углубление представлений о ранних стадиях его геологической истории. Достижение этой цели осуществлялось путем решения следующих задач:
- разделения Биверского комплекса на более дробные структурно-вещественные единицы (метаморфические серии) на основании комплексного
анализа петрографических, петрофизических, петрохимических и геохимических характеристик слагающих их горных пород;
выявления геологической природы объектов, ответственных за интенсивные положительные магнитные аномалии в районе северной части гор Принс-Чарльз;
определения современных пространственных соотношений между метаморфическими сериями, входящими в состав Биверского комплекса, в т.ч. и на закрытых льдом территориях, на основании геологических и аэромагнитных данных;
определения первичных геологических соотношений между выделенными метаморфическими сериями;
решения вопроса о принадлежности к Биверскому комплексу метаморфических толщ, развитых в смежном районе на восточном побережье залива Прюдс.
Защищаемые положения. В качестве основных выводов на защиту выносятся следующие положения:
-
В результате проведенного исследования в составе протерозойского Биверского метаморфического комплекса выделены и закартированы три серии метаморфических пород: серии Астрономов и Атос, представленные супракрусталь-ными толщами, и серия Портос, представленная преимущественно породами первично-плутонической природы. Выделенные серии характеризуются различными количественными соотношениями входящих в их состав петрографических типов пород, статистически достоверными различиями содержания ряда петрогенных и малых элементов между петрографически сходными породами, а также резко контрастными значениями магнитной восприимчивости горных пород. Горные породы серии Портос характеризуются в среднем на полтора порядка более высокими значениями магнитной восприимчивости (-20-10'3 ед.СИ), чем горные породы серий Астрономов и Атос (-0.5-10"3 ед. СИ).
-
Зоны интенсивных положительных магнитных аномалий в районе северной части гор Принс-Чарльз соответствуют областям преобладания сильномагнитных толщ серии Портос (и пространственно связанных с ними плутонов интрузивных чарнокитоидов), а зоны низкоаномального поля - областям развития слабомагнитных толщ серий Астрономов и Атос. Устойчивость и контрастность петромаг-нитных характеристик выделенных серий Биверского комплекса позволяет по аэромагнитным данным провести их картирование на закрытых льдом площадях.
3. Линейно-прерывистый характер аномального магнитного поля в северной части гор Принс-Чарльз, отражающий современное пространственное распределение ортогнейсовых толщ серии Портос, интерпретируется как следствие блоковых подвижек кристаллического фундамента. Гранитоидные протолиты ортог-нейсов серии Портос, ответственных за магнитные аномалии изучаемого района, первоначально были локализованы на значительной глубине и вероятно составляли широкий сплошной пояс. В результате многократных дизъюнктивных дис-
локаций произошел неравномерный подъем разных фрагментов кристаллического фундамента. Находившиеся в них сильномагнитные ортогнейсовые толщи заняли различное положение относительно современного эрозионного среза, что и предопределило характер аномального магнитного поля.
4. Супракрустальные толщи, обнажающиеся на восточном побережье залива Прюдс и в северной части гор Принс-Чарльз, характеризуются существенными петрографическими и петрохимическими отличиями, а также принципиально различными закономерностями распределения магнитной восприимчивости слагающих их горных пород. Эти различия служат новым аргументом в пользу того, что метаморфические толщи, обнажающиеся на восточном побережье залива Прюдс, не относятся к Биверскому комплексу.
Научная новизна. В результате проведенных исследований и ревизии ранее собранных отечественных геолого-геофизических материалов разработана новая схема разделения протерозойского Биверского метаморфического комплекса. На основе полученных петромагнитных данных проведена геологическая интерпретация аномального магнитного поля: определены геологические объекты, ответственные за магнитные аномалии, и в главных чертах установлены современные пространственные соотношения между метаморфическими толщами супракру-стальной и первично-плутонической природы. Объяснены особенности распределения магнетита в горных породах Биверского комплекса, определяющие контрастные петромагнитные различия между входящими в состав комплекса метаморфическими сериями. Получены новые петрофизические данные, свидетельствующие о принадлежности супракрустальных толщ северной части гор Принс-Чарльз и восточного побережья залива Прюдс к различным метаморфическим комплексам.
Практическая ценность работы. Разработанная схема разделения протерозойского Биверского метаморфического комплекса используется полевыми партиями Полярной Морской Геологоразведочной Экспедиции (ПМГРЭ) при выполнении картосоставительских геологических работ в изучаемом регионе. Полученные результаты позволяют оптимизировать отбор проб, анализируемых на петрогенные и малые элементы при проведении дальнейших картировочных работ. Показана эффективность полевых петрофизических исследований для выявления геологической природы магнитных аномалий в районах развития глубокометаморфизо-ванных гнейсовых комплексов. Методические приемы, разработанные в рамках настоящего исследования, применялись автором в ходе работ международной экспедиции "ЕвроШек" на хребте Шеклтона (внутриконтинентальная часть Антарктиды) и могут быть использованы при решении сходных задач в других регионах развития докембрийских метаморфических комплексов.
Фактический материал и личный вклад автора. В работе проанализирован и обобщен большой объем геологической информации, полученной российскими
исследователями в северной части гор Принс-Чарльз в ходе работ 32-35 Советских Антарктических Экспедиций (САЭ), при непосредственном участии автора в двух полевых сезонах. На образцах, отобранных в северной части гор Принс-Чарльз, автором и его коллегами выполнено более 2500 измерений магнитной восприимчивости и плотности горных пород, а также около 500 измерений остаточной намагниченности. Кроме того, выполнено более 1000 измерений магнитной восприимчивости непосредственно на обнажениях. В работе использованы данные силикатных анализов и аназизов на редкие и рассеянные химические элементы по 64 представительным образцам метаморфических пород. Изучено около 500 петрографических шлифов. Часть петрофизических материалов была предоставлена автору сотрудником ВИРГ В.М. Каулио.
В работе использованы результаты средне- и мелкомасштабных аэромагнитных съемок, сопровождавшихся радиолокационным зондированием толщины ледового покрова, проводившихся ПМГРЭ в северной части гор Принс-Чарльз в 31, 33 и 35 САЭ. Кроме того, были использованы результаты геологических наблюдений и петрофизических измерений, выполненных сотрудниками ПМГРЭ на побережье залива Прюдс в ходе работ 36 САЭ и 43 Российской Антарктической Экспедиции (РАЭ), а также проведенных автором на хребте Шеклтона во время полевых работ международной антарктической экспедиции "ЕвроШек".
Апробация работы и публикации. Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 7 печатных работах, изложены в трех производственных и двух тематических отчетах, представлялись в виде стендовых докладов на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Петрофизика рудных месторождений" (Ленинград, 1990), VIII Международном симпозиуме по геологии Гондваны (Хобарт, 1991), VI Международном симпозиуме по геологии Антарктики (Токио, 1991) и VII Международном симпозиуме по геологии Антарктики (Сиена, 1995).
Объем и структура работы. Работа состоит из введения, шести глав и заключения на 117 страниц машинописного текста и содержит 34 рисунка, 11 таблиц и список литературы, включающий 117 наименований.