Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. История геологического изучения белорецкого метаморфического комплекса 8
Глава 2. Геологическое строение белорецкого метаморфического комплекса и эклогитсодержащей его части 15
2.1. Геологическое строение белорецкого метаморфического комплекса 15
2.2. Геолого-структурные особенности размещения эклогитов 21
Глава 3. Петрография метаморфических пород белорецкого метаморфического комплекса 30
3.1. Метабазиты 30
3.2. Вмещающие породы 37
Глава 4. Минералогические особенности метаморфических пород белорецкого метаморфического комплекса 42
Глава 5. Петрогеохимия метабазитов белорецкого метаморфического комплекса 83
Глава 6. Термобарические условия формирования горных пород белорецкого метаморфического комплекса 96
Глава 7. Метаморфизм и время его проявления 102
7.1. Метаморфизм и метаморфическая зональность 102
7.2. Время проявления метаморфизма 113
7.3 Метаморфизм и метаморфогенное оруденение 117
Глава 8. Геодинамические обстановки формирования высокобарических комплексов на Урале 119
Заключение 128
Список литературы 130
- История геологического изучения белорецкого метаморфического комплекса
- Геолого-структурные особенности размещения эклогитов
- Вмещающие породы
- Минералогические особенности метаморфических пород белорецкого метаморфического комплекса
Введение к работе
Актуальность. Распространение основных проявлений
высокобарического метаморфизма Урала ограничено узкой восточной частью
Западно-Уральского поднятия, представляющего интенсивно
активизированную в позднем докембрии и палеозое окраину Восточно-Европейской платформы. Проявления высокобарического метаморфизма по формационным чертам, условиям и, видимо, времени образования разделяются на две генетически разнотипные группы: белорецкий метаморфический комплекс (БМК), наряду с куртинским и марункеуским, относится к эклогит-гнейсо-сланцевой (эклогит-сланцевой или эклогит-амфиболитовой) безглаукофановой ассоциации барофильных метаморфических пород и максютовский, неркаюский и гердизский комплексы, входящие в состав эклогит-глаукофансланцевой ассоциации. Для первой группы комплексов рифейский возраст субстрата и вендское время проявления высокобарического метаморфизма достаточно надежно обоснованы только для белорецкого комплекса.
На Южном Урале известны три эклогитоносных комплекса - куртинский, максютовский и белорецкий. Изучение последнего представляет особый интерес в связи с его геолого-структурной позицией. Так, в отличие от двух других эклогитсодержащих метаморфических комплексов у белорецкого комплекса не выявляются пространственная и генетическая связи с Главным Уральским разломом.
В белорецком комплексе эклогиты выявлены относительно недавно и большой научный интерес представляет исследование их минералогии, зональности метаморфических минералов, в первую очередь - граната, что позволит определить эволюцию термобарических условий формирования пород БМК и решить спорный вопрос об изофациальности эклогитов и вмещающих их пород. Особенно дискуссионным является вопрос о термобарических
условиях формирования БМК; представления об условиях его образования существенно различаются - от андалузит-силлиманитовой (Ротару, 1984; Иванов и др., 2002) до кианит-силлиманитовой фациальной серии и высокобарических условий с выделением новой фациальной серии метаморфизма (Алексеев и др., 2002).
В настоящее время белорецкий комплекс является ключевым геолого-петрологическим объектом при изучении историко-геологического и геодинамического развития Урала в докембрии, для решения вопросов выделения и геодинамических реконструкций рифеид и происхождения эклогитсодержащих высокобарических метаморфических комплексов.
Цель данной работы состояла в установлении геолого-петрологических особенностей формирования эклогитов и вмещающих их пород БМК. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи: 1) изучение геологии, петрографии и минералогии эклогитов и вмещающих пород для выяснения термобарических условий их формирования; 2) выяснение возможной изофациальности или различных условий формирования эклогитов и вмещающих их кристаллических сланцев на основании полученных данных по термобарометрии; 3) определение фациальной природы метаморфизма БМК, то есть соответствия метаморфических горных пород комплекса определенной фациальной серии метаморфизма на основе изучения минеральных ассоциаций; 4) исследование зональности метаморфических минералов для воссоздания особенностей и характера метаморфической эволюции БМК; 5) определение протолита метаморфических пород на основе изучения петрогеохимических данных.
Фактический материал. В основу диссертации положены материалы автора, собранные за период полевых работ 1998-2003гг. Работы проводились в рамках тем «Высокобарические метаморфические комплексы западного склона Урала» (1993-1999гг.) и «Метаморфизм доуралид и уралид в геологической истории Урала (на примере Южного Урала) (2000-2004гг.)>>. Исследование
петрографии и минералогии производилось с использованием микропетрографических и иммерсионных методов (~500 шлифов). Выполнено 30 силикатных анализов (химическая лаборатория ИГ УНЦ РАН, аналитик С.А.Ягудина). Изучение химического состава породообразующих и акцессорных минералов (~600 анализов) выполнено в Геологическом институте Рейнско-Вестфальской высшей школы (Аахен, Германия, аналитик А.Виховски) на рентгеноспектральном микроанализаторе JXA - 8900 RWD и в Институте минералогии УрО РАН (Миасс, аналитик Е.И.Чурин, прибор JCXA -733 JEOL). Определения содержаний редкоземельных и малых элементов в эклогитах и амфиболитах выполнены на приборе ICP-MS (Канада).
В работе, кроме своих материалов, использованы опубликованные и фондовые рукописные материалы, имеющие отношение к БМК, а также богатый фактический материал тематической группы и лаборатории метаморфизма ИГ УНЦ РАН, возглавляемой доктором г.-м. наук А.А.Алексеевым; изучены архивные шлифы Серменевской, Маярдакской и Белорецкой геологосъемочных партий.
Научная новизна проведенных исследований заключается в уточнении геологического строения БМК (определение силловой формы залегания эклогитовых тел); установлении изофациальности эклогитов и вмещающих пород БМК; химической зональности гранатов из эклогитов; термобарических характеристик метаморфизма; определении эволюции метаморфизма комплекса как единого цикла метаморфизма проградного типа с незначительным понижением температур и давлений на регрессивной ветви этого цикла с образованием апоэклогитовых амфиболитов. Обоснована принадлежность БМК к высокобарической омфацит-цоизитовой фациальной серии метаморфизма. Сопоставлены петрогеохимические особенности эклогитов БМК и различных типов основных пород, показана идентичность химического состава эклогитов БМК и основных магматических пород. На основании петрогеохимических
анализов сделан вывод о близости протолита эклогитов БМК к континентальным толеитовым базальтам.
Практическая ценность. Результаты исследований по БМК могут быть использованы при проведении геологосъемочных, тематических и поисковых работ в пределах белорецкого комплекса, при реконструкции геодинамических обстановок и истории геологического развития Урала, при составлении карт метаморфизма и государственной геологической карты масштаба 1:200000. Проведенные исследования термобарических условий формирования позволяют дать отрицательную оценку перспектив БМК на метаморфогенную алмазоносность. Материал исследований по теме диссертации будет включен в отчет по научно-исследовательской теме: "Метаморфизм доуралид и уралид в геологической истории Урала (на примере Южного Урала)".
Защищаемые положения.
Протолитом эклогитов БМК являются силловые залежи магматических пород основного состава преимущественно раннерифейского возраста.
Эклогиты БМК и вмещающие их метаосадочные породы были сформированы в условиях изофациального высокобарического метаморфизма эклогитовой фации.
Метаморфические породы БМК сформировались в один цикл регионального метаморфизма с образованием эклогитов и изофациальных им вмещающих пород в проградный этап и апоэклогитовых амфиболитов и других типов диафторитов на регрессивной стадии этого цикла.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 8 глав и заключения. Она изложена на 144 страницах текста и сопровождается 45 иллюстрациями и 17 таблицами. Список литературы включает 158 наименования.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на IV Республиканской геологической конференции " Геология и перспективы
расширения сырьевой базы Башкортостана и сопредельных территорий" (Уфа, 2001), VIII научной студенческой школе "Металлогения древних и современных океанов" (Миасс, 2002), VII международном симпозиуме "Минералогические музеи" (Санкт-Петербург, 2002), Всероссийских научной и научно-практической конференциях (Саратов, 2002), XIII конференции молодых ученых "Геология и геоэкология: исследования молодых, 2002..." (Апатиты, 2002), на конференциях молодых ученых по проблемам геологии Урала (Уфа, 1999-2000), а также на заседаниях Ученого Совета ИГ УНЦ РАН, лаборатории метаморфизма. По теме диссертации опубликовано 8 работ.
Работа выполнена в лаборатории метаморфизма Института геологии УНЦ РАН под руководством доктора геол.-мин. наук А.А.Алексеева, которому автор выражает глубокую признательность за методические советы и практическую помощь в процессе выполнения работы. Автор благодарна сотрудникам лаборатории метаморфизма - Г.В.Алексеевой, Р.Г.Ишсариной и Е.А.Тимофеевой за помощь в работе; доктору Вилфриду Бауэру (г.Аахен, Германия) за содействие в проведении микрозондовых анализов и при определении содержаний редкоземельных и малых элементов; сотрудникам Института геологии - А.Н.Грицуку и Г.Ф.Зайнакаевой за большую помощь в оформлении диссертации; Р.Р.Галиеву за помощь при проведении полевых исследований. Также автор искренне благодарна чл.-корр. РАН В.Н.Пучкову за ценные советы и поддержку на всех стадиях подготовки диссертации.
История геологического изучения белорецкого метаморфического комплекса
Планомерное изучение данной территории начинается в конце 20-х и начале 30-х годов. Проводившиеся до этого геологические исследования характеризуются проведением маршрутных наблюдений, кратковременных экскурсий, а также составлением геологических карт масштаба 1:420000 и связаны с именами Р.Ч.Мурчисона, Н.Г.Меглицкого и А.Н.Антипова, Ф.Н.Чернышова, А.А.Краснопольского и Л.К.Конюшевского. В настоящее время результаты этих исследований не имеют существенного значения в освещении геологического строения района и упоминаются лишь в качестве исторической справки.
В 20-30-е гг. проводилась геологическая съемка масштаба 1:200000 НЗЛотуловой (1928), А.Н.Петровым (1931), В.И.Рыцким (1931) и Н.Н.Дингельштедтом (1930). В частности, Н.Н.Дингелыптедтом было установлено наличие в разрезе фаунистически охарактеризованных отложений верхнего и нижнего силура, которые залегают на более древних сильно метаморфизованных образованиях, возраст которых им определяется как кембрийский. На смежной к западу площади исследования проводились О.П.Горяиновой и Э.А.Фальковой (1933). Вслед за этими исследованиями с 1931 года в разных частях площади ставились геологические съемки более крупных масштабов, преимущественно масштаба 1:50000, которые проводили А.И.Иванов, К.А.Львов, Д.Г.Ожиганов, С.М.Чихачев и Э.С.Бучковский, Н.И.Завьялов и другие. Эти работы, проведенные в 30-х годах, имели принципиальное значение для познания геологического строения и полезных ископаемых района. Именно в этот период была разработана стратиграфическая схема подразделения древних отложений района и западного склона Южного Урала в целом на ряд свит и подсвит (толщ) на основании литолого-фациальных признаков. В типовом разрезе западного склона Южного Урала были выделены свиты (снизу вверх): ямантауская, зигальгинская, зигазино-комаровская, авзянская, зильмердакская, катавская, инзерская, миньярская и ашинская, залегающие под фаунистически охарактеризованными отложениями ордовика. С того времени схема стратиграфии послезигальгинских свит получила признание, а большинство приведенных названий свит утвердились в геологической литературе.
Заметным рубежом в исследованиях всего западного склона Южного Урала является 1943 год, когда коллективом ведущих геологов -О.П.Горяиновой, А.И.Ивановым, Э.А.Фальковой и др. была завершена сводная работа по геологическому строению и полезным ископаемым с составлением комплекта карт масштаба 1:200000. В этой работе подведены итоги изучения громадной территории северо-западной части Южного Урала (в пределах БАССР и Челябинской области) за все предыдущие годы.
Вместе с тем на протяжении длительного периода времени остается предметом острой дискуссии стратиграфическое положение и последовательность разреза метаморфических образований, развитых на правобережье реки Белой от широты д.Узян на юге, до широтного колена р.Тирлян на севере, слагающих Маярдакский антиклинорий. Эти породы, существенно отличающиеся своими фациальными особенностями, глубиной прогрессивного регионального метаморфизма и стратиграфическим положением от древних свит, залегающих в смежных районах западного склона, Д.Г.Ожигановым были выделены в 1940 году под названием белорецкого комплекса и более детально описаны позднее (1964). По его мнению, этот комплекс залегает ниже древних свит типового разреза западного склона Южного Урала. Принимая, что хребет Яндык имеет антиклинальное строение, Д.Г.Ожиганов в составе белорецкого комплекса выделяет следующие свиты (снизу): яндыкскую (кварциты), азикеевскую (сланцы, залежи основных эффузивов), сюрюнзякскую (гнейсовидные сланцы, мраморизованные карбонатные породы), малиногорскую (кварциты), золотошишкинскую (различные сланцы).
В 30-40-е годы в полосе развития выделенного Д.Г.Ожигановым белорецкого комплекса и в прилегающих районах исследования проводил А.И.Иванов. На составленных геологических картах в качестве маркирующего горизонта им приняты падающие на восток кварциты хребта Яндык, которые он отнес к зигальгинской свите, а перекрывающие их образования к зигазино-комаровской, авзянской, зильмердакской и катавской свитам. В подзигальгинской части разреза им выделены (снизу) кызылташская, аюсапканская и белетарская свиты, сопоставленные с суранскои и юшинскои свитами западных разрезов. Составленный А.И.Ивановым (1949) стратиграфический разрез белорецкого комплекса оказался перевернутым по отношению к разрезу Д.Г.Ожиганова, который исходил из залегания кварцитов хребта Яндык в ядре опрокинутой антиклинальной складки.
В 1962-1967 гг. на площади развития белорецкого комплекса проводились геолого-съемочные работы масштаба 1:50000 Н.Ф.Решетниковым и П.Н.Швецовым, в результате была разработана стратиграфия района, в основу которой была положена схема А.И.Иванова. Кызылташская свита ими была расчленена на четыре под свиты. В 1975 г. под кызылташской свитой П.Н.Швецовым была выделена новая буганакская свита (Швецов, 1980). Стратиграфический разрез белорецкого комплекса А.И.Иванова. Н.Ф.Решетникова и П.Н.Швецова вошел в Унифицированные стратиграфические схемы Урала (1980, 1993). Согласно схеме стратиграфии комплекса, породы, слагающие его, являются метаморфизованными аналогами рифея более западных районов Башкирского мегантиклинория. В результате проведения геологического доизучения большей части района развития метаморфических пород белорецкого комплекса в 1978-84 годах З.М.Ротару и др. (Ротару и др., 1984ф) стратиграфические подразделения нижнего рифея Унифицированной схемы и П.Н.Швецова были включены в состав среднерифейской машакской свиты.
Первое упоминание об эклогитах в белорецком метаморфическом комплексе содержится в отчете Серменевской ГСП за 1962-1966 годы (Решетников и др., 1966ф). Эклогиты были обнаружены в глыбовом эллювии на левом склоне долины р.Буганак в 1,5 км к юго-востоку от устья руч.Кара-Елга (Черновка). В петрографическом описании породы пироксен был определен как авгит. Позднее эклогиты были обнаружены и описаны на участке "Холодный Ключ" в 2,5 км на ЮЮВ от устья ручья Кара-Елга Ю.П.Краевым и Е.А.Шумихиным (1972ф) при тематических работах, направленных на изучение магматических пород основного и ультраосновного состава с целью выявления среди них алмазоносных фаций. Среди изученных эклогитов ими были выделены собственно эклогиты, амфиболовые и цоизитовые эклогиты. В 1973 году проявления эклогитов были установлены А.А.Алексеевым в районе высоты 607.6 м. В результате детального изучения эклогитов этого района и участка "Холодный Ключ" им было установлено развитие по эклогитам различных типов амфиболитов, начиная от симплектитовых гранатовых и кончая безгранатовыми их разностями. При просмотре шлифов Серменевской ГСП в связи с составлением карты метаморфизма белорецкого комплекса, эклогиты, описанные как гранатовые амфиболиты, А.А.Алексеевым были выявлены еще в нескольких других участках, и в частности, по скв.47 в 1,5 км западнее д.Кузгун-Ахмерово (Алексеев, Алексеева, 1979, 1995).
Геолого-структурные особенности размещения эклогитов
Эклогиты в составе комплекса впервые были обнаружены в 1966 году геолого-съемочной партией Н.Ф.Решетникова. В последующем они были установлены еще на ряде участков. Неизмененные разности эклогитов встречаются очень редко, практически во всех случаях эклогиты в той или иной степени замещены амфиболитами, что было установлено при микропетрографическом изучении пород А.А.Алексеевым и Г.В.Алексеевой (1979) и подтверждается нашими исследованиями.
Приуроченность эклогитов к сланцевым толщам обуславливает слабую обнаженность эклогитсодержащих пород и трудность их выявления. Наибольшее количество выходов эклогитов выявлено в пределах Буганакской антиклинали, расположенной в наиболее доступных, в том числе для горно-буровых работ, частях распространения БМК. Буганакская брахиантиклиналь в плане имеет близкую к овалу форму диаметром около 8-9 км. Ядро структуры сложено кристаллическими известняками и сланцами буганакской свиты нижнего рифея и с юга перекрывается карбонатно-терригенными отложениями палеозоя северо-западного крыла Зилаирского мегасинклинория. Во всех случаях эклогиты залегают согласно с пластами осадочных пород и участвуют совместно с ними в складчатых структурах. Секущие контакты не наблюдались ни в одном случае, также и на участке «Холодный Ключ», где предшественниками были закартированы интрузивные тела метабазитов.
Возможные экзоконтактовые изменения во вмещающих породах полностью уничтожены при последующем региональном метаморфизме; присущие эндоконтактовым закаленным фациям тонкомелкозернистые структуры в сил-лах эклогитов явно не сохранились, но в ряде случаев можно наблюдать не очень четко выраженное, но вполне заметное укрупнение минеральных фаз в силлах эклогитов в направлении от их краевых зон к центральным. В настоящее время эклогиты или образовавшиеся по ним амфиболиты, имеющие ясные признаки апоэклогитовои природы, известны в следующих участках (Алексеев и др., 1999ф) (рис. 2.4). 1. Две выемки по железной дороге Белорецк - Уфа на правом берегу реки Буганак. В восточной выемке (рис. 2.5, 2.6) эклогиты выявлены среди мраморов кызылташской свиты; они залегают в виде межпластовой залежи мощностью до 1,5 м и местами сопровождаются формированием на контакте с вмещающи ми мраморами биметасоматической крупнокристаллической породы, в виде прожилков проникающей как в эклогиты и их амфиболизированные разности, так и в карбонатные породы. В составе этих амфиболизированных пород изред ка отмечаются реликты эклогитов. Здесь может возникнуть вопрос о единовре менное образования эклогитов и амфиболитов в связи с воздействием флюи дов по контактной зоне между мраморами и эклогитами. Но, как будет рас смотрено ниже, расчеты температуры и давления для обоих типов пород дают меньшие значения для амфиболитов. Это, а также петрографически зафиксиро ванные замещения омфацита и граната симплектитовыми срастаниями амфибо ла и плагиоклаза свидетельствуют об образовании эклогитов в прогрессивный период метаморфизма, в то время как образование амфиболитов связывается с понижением РТ-условий в регрессивную стадию.
В западной выемке метабазиты также образуют согласные с вмещающими породами пласты мощностью до 2-3 метров, падающие на север под углом 35-40. Вмещающие породы представлены в основном кварцитами и слюдяно-кварцевыми сланцами буганакской свиты, содержащими биотит, мусковит, цоизит, реже силлиманит. Омфацит в метабазитах наблюдается редко - он замещен очень тонкозернистым симплектитом амфибола и кислого плагиоклаза.
Эклогиты (грядка в центре снимка) в щебеночном карьере (район высоты 607,6 м). ток был закартирован Ю.П.Краевым и другими в 2 км на восток-юго-восток от д. Азикеево и в 750 км на ЮЗ от высоты 607.6 м. По их представлению, эклоги-ты здесь образуют два интрузивных тела относительно крупных размеров в различной степени измененных метабазитов. Одно из них имеет близкую к изометричной форму до 200 м в поперечнике. Второе тело характеризуется удлиненной формой, протяженность его около 100 м, ширина выхода составляет около 40 м. При повторном картировании участка "Холодный ключ" нами была установлена силловая форма залегания всех выявленных здесь эклогитовых тел.
В районе высоты 607.6 м (в 2.5 км западнее станции Белорецк) эклоги ты большей частью представлены на западном склоне, включая район старой свалки в виде отдельных выступов и редко образуют небольшие грядки, сло женные маломощными (несколько метров) силлами. По выступам и развалам обломков они прослеживаются на десятки или первые сотни метров (рис. 2.9). В юго-восточной части свалки находится щебеночный карьер размером 20x15 м и глубиной 1-3 м. В карьере обнажены карбонатсодержащие сланцы кызылташ ской свиты с прослоями мраморов и слюдисто-кварцевых сланцев. Простира ние пород меридиональное с вертикальным или очень крутым восточным паде нием слоистости. Эклогиты образуют согласную с вмещающими породами за лежь (рис.2.8) мощностью 1.5-2 м, участвующую в складчатости. В северо западной стенке карьерчика сохранились мелкие фрагменты будин (рис. 2.10). 4. Район в 1.5 км от устья р.Черновка. Здесь при геологической съемке Серменевской ГСП впервые был выявлен развал обломков эклогитов. В настоящее время здесь расположены коллективные сады.
Вмещающие породы
Породами, вмещающими эклогиты, являются метаморфизованные терригенные отложения и мраморы. Параметаморфические породы составляют 60-7 0% объема комплекса и объединяют разнообразные кристаллические сланцы и кварциты. Кристаллические сланцы представлены двуслюдяными и слюдяными и их гранатсодержащими разностями (нередко с переменным, от 0 до 50%о, содержанием плагиоклаза и карбонатов). Некоторые разности кристаллических сланцев имеют гнейсовидный облик, но пород, соответствующих по химизму и минеральному составу типичным гнейсам, в составе комплекса нет. Большей частью для кристаллосланцев характерна четко выраженная полосчатая текстура и лепидобластовая, нематобластовая или порфиробластовая структуры. В сложении парасланцев принимают участие цоизит, эпидот, хлорит, графит, хлоритоид, нередко кианит, иногда появляются микроклин и силлиманит. В сланцах нередко наблюдаются псевдоморфозы по замещенным минералам неустановленного состава, иногда в виде реликтов в таких псевдоморфозах определяется цоизит. Ретроградные процессы в этих породах проявлены, главным образом, в виде замещения фенгита мусковитом и биотита хлоритом.
Содержание мусковита (рис. 3.5 А, Б) породах комплекса изменяется от единичных чешуек (в кварцитах) до 20-50% и более (в слюдистых сланцах). Мусковит обычно бесцветный, иногда светло-зеленоватый. Нередко образует рростки с биотитом. 2V= -30. ..-35, изредка наблюдаются 2V, близкие к 0.
Биотит (рис. 3.5 Г, Е) в кристаллических сланцах часто замещается хлоритом; нередко развивается более поздний биотит, не подчиняющийся сланцеватости. Окраска биотита в шлифах обычно буровато-коричневая, реже буровато-зеленая, в породах, ассоциирующих с эклогитами, буровато-красная. Размер чешуек биотита составляет 1-5 мм, содержание в породах до 20-30%.
Цоизит (рис. 3.5 Г, Д, Е) встречается преимущественно в метаморфических сланцах на нижнерифейском терригенном субстрате в виде некрупных (не более 0.5 мм) призматических кристаллов, большей частью замещенных мелкочешуйчатым агрегатом серицита с примесью хлорита. Чаще всего в псевдоморфозах реликты первичного минерала не сохраняются; псевдоморфозы также могут иметь карбонат-серицитовый, серицит-хлоритовый (иногда с примесью мелкочешуйчатого биотита) и серицитовый составы. Поперечные разрезы таких псевдоморфоз обычно схожи с таковыми минералов эпидотовой группы. Цоизит ассоциирует с биотитом, мусковитом, плагиоклазом и карбонатами.
Метатерригенные породы БМК. А - двуслюдяной сланец с турмалином; Б - слюдяно-кварцевый сланец; В - силлиманитсодержащий кварцит; Г - двуслюдяно-кварцевый сланец с цоизитом; Д -карбонатсодержащий сланец; Е - цоизитсодержащий слюдяно-кварцевый сланец. Увел. 82, без анализатора. Mus - мусковит, q - кварц, t - турмалин, h - хлорит, sill - силлиманит, Ы - биотит, zo - цоизит. Незамещенный кианит в породах белорецкого комплекса был обнаружен А.А.Алексеевым только в 1999 году в кристаллических сланцах в отвалах газопровода в двух километрах восточнее устья ручья Черновка. Кианит найден в сланцах кианит-мусковит-кварцевого состава. Представлен минерал серовато-голубоватыми призматически-таблитчатыми выделениями размером до 5 мм, по периферии замещенными мусковитом ("мусковитовая рубашка"). Оптические свойства типичны для кианита (Ng 1,726, Np 1,713, Ng-Np 0,013, +2V около 80, Ng:c 30, удлинение положительное, бесцветный с очень слабым плеохроизмом до светло-голубоватого по Ng).
Хлориты, как в метаморфических сланцах по терригенным отложениям, так и в метабазитах, представлены большей частью низкодвупреломляющими (двупреломление от 0 до 0,002) оптически положительными магнезиально-железистыми хлоритами. Замещающие биотит в кристаллических сланцах хлориты чаще всего оптически отрицательные низкодвупреломляющие Mg-Fe хлориты с показателем преломления Nm 1,640-1,645.
Силлиманит - редкий для белорецкого комплекса минерал. Представлен в виде очень мелких кустистых или лучистых агрегатов (рис. 3.5 В) размером менее 0.1 мм и имеет двупреломление около 0,020.
Для графитсодержащих метаморфических сланцев типично присутствие хлоритоида, содержание которого достигает иногда 20-25% и реже больше. Из акцессорных минералов в кристаллических сланцах комплекса почти всегда наблюдаются ильменит или рутил и турмалин. Обычно турмалин представлен кристаллами идиоморфной формы светло-желтого цвета, без видимых включений (рис. 3.5 А, Д). Плеохроизм от желтого до светло-желтого и буро-зеленого.
Кварциты в разрезе комплекса слагают мощные пачки и горизонты на нескольких уровнях и в основном содержат то или иное количество мусковита и иногда силлиманита. Карбонатные породы также образуют обособленные горизонты и пачки мощностью до 100-300 метров, прослои и часто участвуют в сложении толщ смешанного состава в переслаивании с метаморфическими сланцами; между почти мономинеральными карбонатными и бескарбонатными метаморфическими породами можно выделить все переходные разности. В нижнерифейских отложениях карбонатные породы представлены крупно- и среднезернистыми преимущественно кальцитовыми и в меньшей степени более мелкозернистыми доломитовыми мраморами с реликтовой полосчато-слоистой текстурой. Мономинеральные разности мраморов очень редки; почти всегда в них (с общим содержанием до 10-15%) присутствуют мусковит, флогопит, кварц, тремолит, эпидот, хлорит, сфен, рутил. В среднерифейских отложениях карбонатные породы представлены доломитовыми и кальцитовыми мраморами, мраморизованными известняками и доломитами. Карбонатным толщам подчинены залежи кристаллических магнезитов.
Минералогические особенности метаморфических пород белорецкого метаморфического комплекса
Минералогия метаморфических пород белорецкого комплекса отличается большим разнообразием, обусловленным широкими колебаниями в составах пород субстрата и зональным характером прогрессивного регионального метаморфизма.
В составе метабазитов комплекса развиты минералы пироксеновой, ам-фиболовой, гранатовой, эпидотовой, хлоритовой групп и плагиоклазы; акцессорные представлены рутилом, ильменитом, апатитом и титанитом.
При изучении эклогитов особое внимание следует обратить на характеристику граната и пироксена, составы которых во многом определяют особенности состава самих эклогитов и дают существенную информацию об их генезисе.
Гранаты. Минералы группы граната являются одними из наиболее характерных и важных минералов всех метаморфических образований, включая эклогиты. В гранатах, по мере нарастания уровня метаморфизма, обычно увеличивается содержание магния и уменьшаются железистость и роль альманди-новой составляющей, то есть гранаты являются очень чуткими индикаторами Р-Т условий образования метаморфических пород и могут служить критерием для определения термодинамических условий формирования тех или иных метаморфических комплексов (Добрецов и др., 1974). В середине 60-х годов было установлено новое свойство гранатов - широкое распространение в них химической неоднородности или зональности и, хотя известно о зональности давно, но только применение рентгеновского микроанализатора в анализе минералов доказало утверждение о том, что химическая зональность гранатов метаморфических пород является скорее правилом, чем исключением (Кузьмин, 1984; Соболев и др., 1986). Вследствие этой особенности состава кристаллов, появилась возможность реставрировать историю метаморфизма в отношении изменения Р-Т параметров (Авченко, 1982). Важной особенностью структуры гранатов является повышенное координационное число Mg и Fe2+ по сравнению с другими силикатами. Во всех силикатах Mg и Fe2+ обладают координационным числом 6, в гранатах же для них характерна восьмерная координация. В то время, как для Са и Мп такая коор динация является обычной, для Mg и Fe2+ повышение координационного числа связано с повышением давления при их образовании, чем выше давление, тем больше магнезиального компонента входит в состав гранатов. Экспериментальные данные показывают, что нижний предел давлений, необходимых для образования даже железистого граната - альмандина - достаточно высок, порядка 3 кбар в сухих системах. В гидротермальных условиях альмандин синтезирован при давлении до 500 атм. Вхождение магнезиального компонента еще более повышает этот предел, причем, чем выше давление, тем больше магнезиального компонента входит в их состав (Добрецов и др., 1974).
Гранаты в БМК являются породообразующими минералами эклогитов, гранатовых амфиболитов и гранатсодержащих разностей кристаллических сланцев и представлены в виде порфиробластовых выделений, размером не более 1-2 мм в диаметре в эклогитах, до 5-6 мм в гранатовых амфиболитах и до 1 см в кристаллических сланцах. Относительное содержание гранатов в породах колеблется в зависимости от парагенезисов. Для эклогитов и амфиболитов оно изменяется от 20 до 45% (в кристаллических сланцах от 5 до 25%).
Первые сведения о составе гранатов из эклогитов и амфиболитов БМК были получены Ю.П.Краевым и др. (1972ф) по результатам тематических работ по изучению алмазоносности магматических пород (6 анализов из амфиболитов и 2 - из эклогитов); затем более детально эклогиты и слагающие их минералы были изучены А.А Алексеевым и Г.В. Алексеевой (1979, 1983, 1995). На основании значительных колебаний показателей преломления в единичных кристаллах (от 1,768 до 1,781) и по единичным микрозондовым анализам граната Алексеев А.А. предполагал проявление зональности в химических составах гранатов, что подтвердилось последующими исследованиями. Методом рентгено-спектрального анализа на электронном микроанализаторе JXA - 8900 RWD (RWTH, Германия) в прозрачных полированных шлифах были детально исследованы гранаты из эклогитов и гранатовых амфиболитов белорецкого комплекса Южного Урала. Были выполнены многочисленные микрозондовые анализы гранатов в случайных точках и около 40 профилей через весь кристалл. Химические анализы минералов пересчитывались на кристалл охимические формулы по обычному кислородному методу (Булах, 1967).
Точки составов проанализированных гранатов из эклогитов и гранатовых амфиболитов на диаграмме разных фаций метаморфизма по Н.Л.Добрецову и др. (1970) попадают в поля гранатов эклогитовой и амфиболитовой фаций метаморфизма (рис. 4.1.). На диаграмме Б.Г.Лутца (Лутц, Никишов, 1963) большинство гранатов БМК попадают в поле гранулитовой фации (рис. 4.2). Химические составы изученных гранатов представлены в таблице 4.1. Все изученные кристаллы гранатов оказались в той или иной степени зональными и представлены в основном железистым гранатом (альмандином) с подчиненным содержанием пиропового, гроссулярового и спессартинового компонентов. Гранаты из эклогитов характеризуются более низкими содержаниями FeO и более высокими содержаниями MgO и СаО по сравнению с гранатами из амфиболитов. В переводе на миналы получается, что содержание в эклогитах пиропа составляет 14-27%, альмандина - 43-57%, а в амфиболитах, соответственно, 2-6% и 57-76%. Для амфиболитов характерно более высокое содержание гроссулярового и спессартинового миналов.
На трехкомпонентной диаграмме FeO-MgO-CaO (рис. 4.3) можно выделить два поля гранатов различного состава: одно поле включает в себя более железистые гранаты из амфиболитов, другое - менее железистые, но более магнезиальные гранаты из эклогитов.
