Содержание к диссертации
Глава. 1. ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ОЧЕРК ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ ЛЕВАНТА1.1. Геологическое строение территории распространения пород MZ
1.2 Комплексы MZ: пространственная и структурная позиция
1.2.1 Бассейн Хатрурим
1.2.2. Поля MZ Западного Берега р. Иордан
Глава.2. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ЯВЛЕНИЕ «MOTTLED ZONE»: ЭВОЛЮЦИЯ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ
2.1 Основные гипотезы происхождения пород формации Хатрурим
2.2 Анализ гипотезы Е. Бентора
2.2.1 Сценарий пожара
2.2.2. Проблема протолита
2.2.3 Возраст протолита MZ
2.2.4 Положение в разрезе
2.2.5. Соотношение мощностей осадков формации Гареб и толщи пород «Mottled Zone»
2.2.6. Структурно-тесктурные особенности пород MZ
2.2.7. Состав пород MZ и предполагаемого протолита
2.2.8 Тепловой источник и температуры пирогенных преобразований осадков в пределах MZ
Глава.З. АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
Глава.4. ХАРАКТЕРИСТИКА КОМПЛЕКСА НАБИ-МУСА
4.1. Геологическое строение постройки Наби Муса
4.2. Петрохимические особенности главных типов пород постройки
Наби Муса
4.3 Геохимическая характеристика пород постройки Наби Муса
4.3. Сверхвысокотемпературные пирогенные породы комплекса
Наби Муса: минералого-петрографическая характеристика и особенности химических составов минералов
4.3.1. Паралавы
4.3.2. Продукты твердофазовых преобразований
Глава.5. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
5.1. Минералогическая продуктивность метакарбонатных пирогенных пород ларнит-мервинит-спурритовой субфации и кристаллохимия индекс-минералов (на примере СМ пород формации
Хатрурим)
5.2. Оценка Р-Т параметров образования пирогенных пород комплекса Наби Муса
5.3. Фракционирование элементов в процессе кристаллизации высококальциевых паралав комплекса Наби Муса
5.4. Реконструкция теплового источника СМ преобразований и природы протолита СМ пород формации Хатрурим
5.5. Роль процессов гидратации и карбонатизации в эволюции и последующей консервации древних грязевулканических построек MZ
5.6. Вероятные источники улеводородных газов, задействованные при формировании комплексов MZ
Введение к работе
Актуальность исследований В приповерхностных условиях температура является главным фактором метаморфизма. Поскольку долгое время считалось, что единственным тепловым источником высокотемпературных преобразований вблизи земной поверхности являются магматические тела, явление пирометаморфизма привлекало мало внимания и общая концепция температурного режима процессов пирогенеза на сегодня отсутствует.
Пик исследовательского интереса к контактовым ореолам спурритмервинитовой фации пришелся на 20-70 гг. XX столетия (Tilley, 1929; 1938; 1947; 1951; Соболев, 1935; 1964; McConnell, 1954; Hentschel, 1964; Bridge, 1966; Ревердатто, 1964; 1970). Именно тогда был создан совокупный портрет пород данной фации и определены их геологическая позиция, ТРШЫ зональности, охарактеризованы минеральные парагенезисы, реконструированы РТпараметры метаморфизма. Основным методом изучения минералов в тот период была оптическая микроскопия, при минимальном использовании рентгенофазового анализа. Поэтому вплоть до сегодняшнего дня сведения о многих минералах этих парагенезисов остаются отрывочными. Это, в частности, килхоанит (Саз81207 ромб.), псевдоволластонит, майенит, браунмиллерит, л<елезистый корунд и др. Новый этап в понимании данного явления связан с изучением базальтов провинции Эйфель (ФРГ), содержащих сотни ксенолитов осадочных пород (Hentschel et al., 1980; Womer et al., 1982; Abraham el al., 1983; Schreyer et al., 1990). Ha этом материале были реконструированы процессы частичного плавления метапелитов (Grapes, 1986, 2006), а таюке изучены редкие и новые минералы группы миларита (Armbruster, Oberhansli, 1988; Audibert et al., 1995). Одновременно в бухитах Эйфеля (Schreyer et al., 1990) и паралавах Челябинского угольного бассейна (Лотова, Нигматулина, 1989) был описан К-кордиерит, один из индекс-минералов пирометаморфических пород. Затем следует затишье, и за последние 30 лет по51вилось лишь несколько публикаций по минералогии контактовых ореолов Кристмас Маунтинс, США (Joesten, 1976), Долина Цербойя, Румыния (Pascal et al., 2001) и Фука, Япония (Satish-Kumar et al., 2004). При этом остались нерешенными и сохранили свою актуальность принципиально важные задачи, сформулированные В.В. Ревердатто (1970). В их число входит систематическое изучение вышеупомянутых минеральных видов и анализ корректности их использования в качестве индикаторов спуррит-мервинитового метаморфизма; поиск псевдоволластонита в природных ассоциациях; практическое подтверждение теоретического вывода о выклинивании поля тиллеита в области низких давлений; доказательство широкой распространенности браунмиллерита и майенита в низкобарических ассоциаци^гх. Поскольку радикально изменившиеся аналитические возможности не позволили их решить на материале пород контахсговых ореолов, с очевидностью напрашивался вывод о том, что следовало искать другие объекты, родственные классическим спурритмервинитовым метаморфитам, но сформировавшиеся в области более высоких температур и более низких давлений. Таковыми являются продукты процессов «метаморфизма горения» (combustion metamorphism) или пирогенного метаморфизма (pyrometamorphism).
Пирогенный метаморфизм представляет собой специфический и достаточно широко распространенный в природе вариант преобразования осадочного протолита. Его тепловым источником выступает энергия экзотермических реакций горения ископаемого органического топлива.
РТ-поле образования пирометаморфических пород, частично перекрываясь в необходимым и достаточным условием для выделения РТ-области формирования пирогенных пород в самостоятельную высокотемпературную субфацию спуррит-мервинитовой фации метаморфизма. На сегодня это последнее "белое пятно" на схеме фаций в области низких-умеренных давлений. Петрология пирометаморфических систем находится в стадии своего становления, что открывает широкий простор для получения принципиально новых научных результатов в данной области знаний.
Главная цель диссертационной работы - комплексное исследование процесса высокотемпературного пирогенного преобразования силикатокарбонатного осадочного протолита. Работа реализована на материале пирометаморфических пород Левантийской провинции грязевого вулканизма (Израиль, Иордания), уникальных как по режиму термических преобразований достижения были последовательно решены следующие задачи.
1. Выполнено исследование традиционных минералов-индикаторов высоких и сверхвысоких температур (ранкинит, ларнит, геленит,
браунмиллерит), а также минералов, данные о которых прежде были неполны, отрывочны или вообще отсутствовали (бредигит, нагельшмидтит, параволластонит, псевдоволластонит, флюорэллестадит, йелимит, минералы ряда перовскит-браунмиллерит, полукальциевый феррит (грандиферрит)). На базе уточненных фазовых диаграмм многокомпонентных систем обоснована корректность использования новых температурных реперов для определения
2. Определен размер и фациальный характер термических ореолов.
Выполнена оценка РТ-параметров метаморфизма. Реконструирован тепловой источник пирогенного метаморфизма.
3. Реконструированы условия консервации индикаторных высокотемпературных фаз спуррит-мервинит-ларнитовой субфации (в частности, нагельшмидтита, полиморфных модификаций Саз81з09, Ca2Si04, Саз81207, алюминатов и ферритов кальция) на постметаморфическом этапе.
4. Обосновано применения высокотемпературных пирогенных пород в качестве индикаторов древних (MZ-PZ) провинций грязевого вулканизма и связанных с ними резервуаров углеводородов.
Фактический материал и методы исследования Объектами исследования являются комплексы пород древних грязевулканических построек (брекчированные осадки; пирометаморфические породы и сопутствующие им продукты гидротермальных изменений) формации Хатрурим (или «Mottled Zone» - «Пестрой Зоны»), расположенные в обрамлении Мертвоморского трансформного разлома. Работа осуществлена на материале коллекций, отобранных в ходе полевых работ 2005 г. (Бассейн Хатрурим, коллекция лаб. 440) и 2007 г. (комплексы Наби Муса и Свага, сборы
автора).
Детально изучено 103 образца метаморфических, осадочных и гидротермально преобразованных пород (150 шлифов и пластинок). Для решения минералого-петрологических задач были использованы высокоточные аналитические методы (ICP-MS, SIMS) (60 определений), петрографический (150 шлифов), рентгенофазовый (120 обр.), термический (25 опр.) и микрозондовый (500 опр.) методы анализа, а также сканирующая электронная микроскопия (200 снимков). Для реконструкции физико-химических параметров образования и кристаллизации пирогенных расплавов были применены методы термометрии и криометрии (более 30 опр.).
Научная новизна • Систематически охарактеризованы следующие редкие минеральные виды: псевдоволластонит и йелимит (третья находка в мире); нагельшмидтит (вторая находка); бредигит (первая находка в пирогенных породах); майенит; флюорэллестадит (первая находка в природе).
• Обнаружен новый минеральный вид: Ca5Ti(Fe,Al)40i3 (ромб.).
• На примере пород формации Хатрурим впервые выполнен анализ кристаллохимической специфики минералов метакарбонатных пирогенных пород и дана общая оценка их минералогической продуктивности.
• Впервые для комплексов формации Хатрурим доказано плавление высококальциевого протолита и обоснованы температуры термических разнообразных паралав в комплексах Свага и Наби Муса. Впервые в мировой практике в паралавах обнаружены ранкинит, параволластонит, флюорэллестадит, куспидин, а таюке минералы ряда Fe-перовскит - браунмиллерит.
• На базе геологических и петрологических данных доказано, что главным тепловым источником метаморфических преобразований комплексов формации Хатрурим были горящие струи углеводородных газов.
Практическая значимость Сформулированы критерии идентификации древних провинций грязевого вулканизма, служащих индикаторами залежей углеводородов (Сокол и др., 2008).
Защищаемые положения
1. Пирогенные ассоциации высококальциевых пород формации Хатрурим характеризуются высокой минералогической продуктивностью (К = 3.2, где К=48минералов/15элемеитов)- Диагностированы следующие общепризнанные минералы-индикаторы метаморфизма спуррит-мервинит фации: спуррит, ларнит, псевдоволластонит, параволластонит, ранкинит, майенит, браунмиллерит. Редкие минералы - бредигит, йелимит, нагельшмидтит, флюоэллестадит, полукальциевый феррит CaFe407, фаза СазТ1(Ре,А1)208 (ромб.), а таюке новый минеральный вид Ca5Ti(Fe,Al)40i3 (ромб.) могут использоваться в качестве минералов-индикаторов метаморфизма
2. Широко распространенные спуррит-браунмиллеритовые мрамора возникли в результате площадного горения инфильтрирующих потоков локальность их очагов позволяют утверждать, что они возникли в результате факельного горения газовых струй.
3. Постройка Наби Муса - типичный комплекс формации Хатрурим - является древним грязевым вулканом. Это доказывается наличием двух эруптивных аппаратов; соотношением между брекчированными осадками и пирогенными породами и геохимической спецификой сопутствующих гидротермалитов (В, V, Zn, Mo, U, Th, Cr, Ba, Sr).
Публикации и апробация работы Основные выводы работы докладывались на конференциях «Минералогия техногенеза-2005 и 2006» (Миасс, Кунгур, 2005; 2006), на международном симпозиуме «The 6-th International Symposium on Eastern Mediterranean geology» (Амман, Иордания, 2007); на международной конференции «Кристаллогенезис и минералогия» (Санкт-Петербург, 2007); на третьем интенсивном европейском семинаре по петрологии «Petrology of the lithosphere in extensional settings» (Будапешт, Венгрия, 2008), на «Федоровской сессии» (Санкт-Петербург, 2008) и на IV Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле (Новосибирск, 2008). По теме диссертации опубликованы 2 статьи в рецензируемых журналах и тезисы 5 докладов.
Структура работы Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения.
Общий объем диссертации 237 страниц, включая 20 таблиц, 81 иллюстрацию, 1 приложение и список литературы из 173 наименований.
В первой главе приведена информация о геологическом строении Левантийской провинции грязевого вулканизма. Во второй главе приведен исторический очерк и детальный обзор существующих гипотез формирования комплексов формации Хатрурим. Третья глава посвящена методам исследования, применявшимся при выполнении даньюй работы. Четвертая глава содержит оригинальный фактический материал, включающий как данные о строении комплекса Наби Муса, так и минералогические и петрологические исследования. В пятой главе приведена интерпретация полученных данных.
Благодарности Автор искренне благодарен своему научному руководителю д.г.-м.н.
Э.В. Сокол за участие в формировании научных взглядов, всестороннюю помощь в процессе написания диссертации и моральную поддержку. За конструктивную критику и рекомендации автор признателен академику РАН В.В.Ревердатто. Автор выражает благодарность своим учителям к.г.-м.н В.В. Шарыгину, д.г.-м.н. И.С. Новикову и к.г.-м.н Н.А. Кулик. Автор глубоко признателен за дружескую поддержку А. Новиковой, И.С. Шарыгину, К.А. Коху и к.г.-м.н. А.В. Корсакову (ИГМ СО РАН). Автор благодарен О.А. Козьменко и к.г.-м.н. Е.Н. Нигматулиной. Незаменимую помощь в сборе полевого материала, поиске редких литературных источников и проведении аналитических исследований оказал доктор Е. Вапник (Университет БенГурион, Израиль) Работа выполнена при финансовой поддержке проектов РФФИ (гранты № 05-05-65036; 08-05-90405), СО РАН (интеграционный проект 105), Сибирской метаморфической школы (№258.2008.5)
