Введение к работе
Актуальность проблемы. Петрология магматических пород достигла больших успехов в понимании сути и масштабов дифференциации магмы. Доказаны несостоятельность образования огромных масс гранитов эз счет единой базальтовой магмы, ограниченные масштабы метасоматического перерождения в гранит различных осадочных пород. Выделены и охарактеризованы главные типы гранитоидных пород изучен их минеральный и химический состав, экспериментально исследованы отдельные физико-химические системы, моделирующие процессы их формирования.
Наряду с этим, многие проблемы физико-химической петрологии гранитоидного магматизма; процессы, протекающие в магматической камере, главным образом механизм дифференциации магмы, место и роль ее в процессах породо-, рудообразования, а также роль самой камеры в ходе формирования собственно гранитоидных плутонов и эволюции магмы, оставались слабо изученными как теоретически так и экспериментально.
Исследования автора в условиях сильной расчлененности рельефа и великолепной обнаженности Памира, где непосредственному наблюдению доступны все детали геологического строения гранитоидных плутонов и значительные разрезы пород основания, в определенной мере призваны восполнить этот пробел.
Цель и задачи исследований. Целью работы являлось выявление процессов происходящих в магматических камерах конкретных гранитоидных плутонов. Достижение этой цели осуществлялась решением следующих основных задач:
-
Выявление основных закономерностей изменения вещественного состава гранитоидных плутонов по вертикали. Предстояло выявить: имела ли место дифференциация магмы в ходе становления гранитоидных плутонов и в эволюции гранитоидной магмы в целом и если да, то где она происходила, на каком уровне, каковы масштабы ее проявления, ее роль в образовании всего многообразия горных пород, рудных полезных ископаемых и других процессов петрогенезиса и т.д.
-
Изучение изменчивости однотипных гранитоидных формаций по латерали поперек складчатых зон и по вертикали в разрезе земной коры Южного Памира.
3. Построение модели дифференциации магмы и эндогенных процессов, связанных с гранитоидным магматизмом для земной кори Южного Памира.
Фактический материал, методика исследований. В предлагаемой работе использованы результаты более чем ЗО-летнего изучения автором гранитоидных плутонов Памира. Каменный материал был собран с соответствующими специфическими методами исследований: а) конкретных гранитоидных плутонов по вертикали; б) однотипных формаций по латерали; в) расслоенности в гранитоидных плутонах и г) специально палеомагнитных исследований в расслоенных и зональных гранитоидных плутонах Памира.
Методы исследования поставлены так. чтобы выяснить условия становления, размещения гранитоидных плутонов, особенностей ме ханизмов дифференциации расплава на разных уровнях в магматической камере, установить характер распределения породообразующих оксидов и летучих компонентов по вертикали и дать качественную и количественную оценку петрологическим процессам, проявившимся в ходе становления гранитоидного тела. В работе приведены результаты обработки проб, отобранных в общей сложности по разрезу протяженностью 12300 п/м по "истинной мощности" упомянутых гранитоидных плутонов. По всем разрезам выполнены полные химические анализы, общее количество которых составляет 1500, из них более 350 относятся к вертикальным разрезам. По разрезам некоторых массивов выполнены силикатные анализы отдельных минералов: биотита, плагиоклаза, калиевого полевого шпата и других. Для каждой пробы произведено по три определения первичной остаточной намагниченности, электропроводности, пористости и др. петрофизических свойств - общее количество которых составляет - 1500 шт. Определение петрофизических свойств образцов производились в геофизической группе Шно-Геофизической экспедиции ПО "Таджикгеология", руководимой кандидатом геолого-минералогических наук Л.Н. Гамо-вым.
Вертикальные разрезы составлены исключительно по гранитоидам главных фаз, по четырем двуслюдяным высокоглиноземистым гранитным массивам, четырем гранит-гранодиоритовым и одному вулка-но-плутоническому массивам, образовавшимся в различных складчатых зонах.
По всем массивам материал изложен по единому плану. Приведены
_ О -
геологические, минералого-петрографические, петрохимические критерии вертикальной зональности и ритмичной расслоенное. Для некоторых из них рассмотрены и петрофизичесие особенности. Особенности вертикальном зональности и ритмичной расслоенности для всех гранитоидных плутонов демонстрируются прежде всего, графикой распределения главных породообразующих оксидов по вертикали, (рис.2), а затем несколькими сериями независимых между собой диаграмм полученных при машинной обработке аналитического материала на ЭВМ. Каждая из этих диаграмм по своей сущности и строению, принципиально отличаясь друг от друга, выражает разные стороны прерывисто-непрерывного строения массивов, качественные и количественные свойства распределения главных породообразующих оксидов, количественно-минеральный состав, летрофизические свойства и другие особенности по вертикали. Одни из них наглядно демонстрируют зональное (непрерывное) строение, другие ритмично расслоенное (дискретное) строение, третьи - степень дифференцированное гранитоидных пород.
В этом отношении следует отметить особую роль вариационной графики распределения породообразующих оксидов по вертикали (рис.2).
Впервые скрытая форма расслоенности была установлена на этой вариационной графике на фоне вертикальной зональности Сохчарв-ского плутона. Она в дальнейшем была использована одновременно для установления и вертикальной зональности и ритмичной расслоенности. Вертикальная зональность выражается в направленном (без разрыва непрерывности) вариациях содержаний, а ритмичная рассло-енность в дискретном (с разрывом непрерывности) распределении преобладающей части оксидов по вертикали на одних и тех же высотных отметках с абсолютными значениями в соответствующих плутонах.
Эта простейшая, на первый взгляд, графика выводит на закономерность магматических процессов, выражающихся в виде чередования следов прерывисто-непрерывного строения гранитоидных плутонов.
Математически непрерывные свойства изображаются наглядной формой метода наименьших квадратов. Для моделирования ритмичной расслоенности использована прерывисто-непрерывная структура дендрограммы кластерного анализа, которая в наглядном виде де-
монстрирует преимущественно дискретную природу строения гранито-идных плутонов на различных петрохимических расстояниях.
В работе для доказательства зонального и расслоенного строения гранитоидньи плутонов, процессов ликвации, расслоения и распада расплава на жидкие ("глобули") растворы использованы: а) природные явления, б) классические эксперименты выполненные Ле-винсон-Лессингом (1911). Боуэном (1913,1927,1932), Грейгом (1927), Григорьевым (1934,1936), Реддером (1952,1987), Ирвингом (1977)', Кадиком (1969), Яроиевским (1970), Маракушевым (1982), Безменом 1992), в) основные положения теорий - жидких систем или жидких растворов, затвердевания, а также тяготения (гравитационного, магнитного, электромагнитного полей) и других универсальных законов природы.
Основные защищаемые положения.
-
В пространственно-временном распределении гранитоидпых плутонических и вулкано-плутонических комплексов однотипных формаций Южного Памира установлена латеральная зональность, связанная с последовательной активизацией отдельных складчатых зон в раннекиммерийской фазе складчатости с севера на юг, а в поздне-киммерийской напротив, от позднеюрского на юге до палеоген-неогенового на севере.
-
Выявленная вертикальная неоднородность гранитоидов подразделяется на различные типы вертикальной зональности и ритмичной расслоенности: а) скрытую, б) явно-дискретную, в) прямую, г) обратную, д) с унаследованием состава вмещающих пород обусловленных процессом их магматического замещения и т.д.
-
Установленные непосредственным наблюдением постепенные переходы эффузивных в экструзивные, затем в плутонические фации и наоборот переходы от плутонических к эффузивным, синхронность и однонаправленность изменений петрологических особенностей гранит- гранодиоритовой и вулкано-плутонической формаций позволяют говорить о каждой однотипной формации с их эффузивными аналогами как о самостоятельной эпохе гранитообразования в истории земной коры Южного Памира.
Научная новизна работы обусловлена отмеченными выше четырьмя положениями.
1. Впервые установлена латеральная зональность однотипных формаций Южного Памира. Она выражается а) в пространственно-вре-
менном распределении гранитоидных плутонов однотипных формаций и связанных с ними эндогенных процессов, б) направленности магматических процессов в раннекмммерийской фазе складчатости с севера региона к югу, а позднекиммерийской, напротив, с юга на север, в) в перемещении фронта активизации при формировании плутонов формации двуслюдяных высокоглиноземистых гранитов с севера на юг, гранит-гранодиоритовой и вулкано-плутонической ассоциации в обратном направлении, г) в изменении возраста массивов двуслюдяных высокоглиноземистых гранитов от триас-среднеюрского в северной части региона до палеоген-неогенового на юге и возраста гранодиоритовых массивов и вулкано-плутонической ассоциации от позднеюрского на юге до палеоген-неогенового на севере.
-
Впервые на примере гранитоидных плутонов Памира установлена вертикальная зональность. Она выражается в постепенном увеличении кремнекислотности пород вверх по разрезу.
-
Получены неожиданные результаты о расслоенном строении гранитоидных плутонов Памира. Оно проявляется во всех изученных гранитоидных плутонах принципиально одинаково, но в различных видах (типах) правильной ритмичной расслоенности.
-
Установлен ряд ранее неизвестных петрологических закономерностей: 1) о прерывисто-непрерывном строении гранитоидных плутонов, 2) о направленности фронта кристаллизации снизу вверх магматической колонны, 3) роли магматической камеры в ходе становления гранитоидных плутонов, в процессах эволюции гранитоид-ной магмы, механизмов ее дифференциации, закономерностей грани-то-, породо- и рудообразования, 4) о постепенных переходах эффу-эивов к экструзвным, а затем к плутоническим и наоборот, от плутонических к эффузивным потокам и др.
-
Предложена схема важнейших этапов эволюции и механизмов дифференциации гранитоидной магмы. Установлена строгая причинно-следственная последовательность проявления процессов дифференциации: эманационная, жидкостная, кристаллизационная, флюид-ногидротермальная, постмагматический этапов породо- и рудообразования и ряд других закономерностей в ходе становления гранитоидных плутонов.
Практическая ценность работы состоит в том, что:
Предложенные качественно отличающиеся друг от друга этапы юродо- и рудообразования радикально изменяют методический под-
ход к поискам рудных полезных ископаемых и значительно повышают эффективность их обнаружения, позволяют по новому подходить, к оценке перспектив и критериев поисков различных рудных полезных ископаемых.
Основные положения диссертации могут быть использованы и частично уже используются ПО "Таджикгеология": 1) при составлении различных схем корреляции магматизма Южного Памира, 2) при проведении крупномасштабных геологических работ, 3) при составлении легенд для подготавливаемых к изданию серий листов средне-и крупномасштабных карт. 4) для различных прогнозно-металлогени-ческих построений.
Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались на пяти Среднеазиатских петрографических совещаниях (Алма-Ата, 1976 Новосибирск, 1986), третьем и четвертом Уральских петрографических совещаниях (Алма-Ата, 1976,1981 гг.), на IV конференции по вопросам петрологии и металлогении Урала (Свердловск, 1981), на совещании по геологическому картированию магматических комплексов Урала (Свердловск,1986), на совещании "Формационный анализ магматитов Урала" (Свердловск,1989), на заседаниях МОИП (секции петрографии) 1966, 1970, 1986, 1991, 1992 (апрель), 1992 (май), на заседании НТО ПО "Таджикгеология", на заседаниях кафедры петрографии геологического факультета МГУ (1969, 1987, 1992).
Работа выполнена в лаборатории петрологии Института геологии АН Республики Таджикистан при содействии кафедры петрографии геологического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения и приложения. Она включает 225 страниц текста, в том числе 23 таблицы и 60 рисунков, часть из которых помещены в приложение.
Незабвенными учителями автора являются B.C. Коптев-Дворников, Е.А. Кузнецов, М.Х. Хамидов. Более 20 лет внимательным и заботливым консультантом автора является академик РАН А.А. Маракушев. При-выполнении настоящей работы автор постоянно поддерживал научные связи и получал ценные советы и консультации Л.Л. Перчука, А.А. Ярошевского, А.А. Кадика, Д.С. Штейкберга, В.И. Буданова, Э.П. Изоха, Р.Д. Гаврилина, A.M. Месхи, С.С. Кумеева. Отдельные
моменты работы обсуждались в беседах с Е.В. Коптевым-Дворниковым, А.Д. Ракчеевым, СВ. Ефремовой, В.А. Павловым. В течении всего этого времени автор постоянно ощущал доброжелательное отношение к себе со стороны всего профессорско-преподавательского состава кафедры петрологии МГУ, в том числе академика РАЕН Т.И. Фроловой, Е.Б. Яковлевой, B.C. Шарфмана, А.Н. Феногенова, И.Е. Кузнецова. В процессе работы автор пользовался постоянной помощью и поддержкой со стороны коллектива, в том числе и руководства института, академиков АН Республики Таджикистан Р.В. Ва-ратова, М.Р. Джалилова, зав. лаб. петрологии профессора СМ. Ва-баходжаева, зав. лаб. магматизма М.Б. Акрамова, так и отдельных сотрудников - В.И. Дронова, Г.П. Винниченко, В.Е. Минаева, Э.А. Дмитриева, А.А. Проскурякова. Автор постоянную поддержку и понимание в своих научных воззрениях ощущал со стороны члена-корреспондента АН Республики Таджикистан М.М. Кухтикова.
Всем вышеперечисленным лицам автор выражает свою признательность и благодарность.
Определение принятых в работе терминов.
В связи с тем, что в работе получен ряд неожиданных результатов о вертикальной зональности и ритмичной расслоенное грани-гоидных плутонов и латеральной зональности однотипных формаций и раскрываются неизвестные закономерности, приходилось пользоваться многочисленными необычными в применении к гранитоидному магматизму специальными, а иногда и новыми понятиями и терминами. Авгор считает своей обязанностью дать объяснение всем терминам и понятиям, которые наиболее часто встречаются в работе.
Описательный термин "ритмическая расслоенность" в нашем случае применяется для характеристики слоев гранитоидных плутонов, четко отличающихся по минеральному составу и структурно-текстурным особенностям.
Под понятием "расслоенный гранитоидный плутон" автор понимает геодинамически целостное тело с прерывисто-непрерывным строением, состоящее из серии многократно повторяющихся в вертикальном разрезе сходных или близких по своим составам дискретных ритмов, в основе которых лежит определенная общность состава с отношением генетической зависимостью между собой.
В работе также приведены определения понятий: зональность, ритмоплет, мультиплутон и т.д.
Краткий обзор состояния проблемы расслоенных плутонов кислых и средних изверженных порол
Признаки расслоенности, к. которым относятся слоистость, полосчатость, магматическая листоватость, стратификация и т.д., в гранитоидных породах известны еще со времени французского геолога Эли де Бомона (1745). Однако широкого признания, как характерная особенность строения гранитоидных плутонов, как это присуще изверженным породам основного и ультраосновного состава, она не получила.
В гранитоидных породах эти структуры описывались как явления местного значения не имеющего важного петрогенетического фактора.
В то же время гранитоидные плутони с расслоенным строением отмечены на территории Казахстана около полувека тому назад: Г.И. Щерба (І948) в строении Акчатауского гранитоидного массива, В.К. Моничем там же в Баянаульском гранитном плутоне. Е.В. Шевченко там же, при изучении гранитоидного плутона Темирчи-Тас, Г.Д. Зиновьевым там же, в Коунрадском гранитном массиве отмечены закономерные чередования разновидностей гранитоидных пород в вертикальных разрезах, отражающих явления первичной расслоенности, которые лишь по разному называли.
Харри и Эмелиусом (1960) в двух гранитных штоках Южной Гренландии установлены различные типы расслоенности. М.М. Павилаитис (1989) ритмично-расслоенные дайковые и жильные тела гранитного состава считает образовавшимися в результате автоколебательного процесса фракционной кристаллизационной дифференциации. П.В.Мишин (1971) различает первичную, инъекционную или вторичную расс-лоенность. Г.А. Валуй (1983) среди гранофировых разностей краевой фации Опричнинского массива Приморского края прослежены признаки расслоенности, выражающиеся в полосчатости гранитов общей мощностью 2,0 -2,5 м. А.П. Карякиным (1985) в строении наиболее крупных массивов высокоглиноземистых гранитоидов - Памирс-кого, Шугнанского и Яшилькульского установлены четыре минеральных разновидности, свидетельствующие на наш взгляд, о зональное-
ти массивов. А.А. Маракушевым, Е.А. Граменицким (1988) на примере Коростенского массива, где 75% объема сложены гранитоидными породами, отмечено расслоенное строение. Л.И. Венцловайте (1992) на примере Эльджуртинского гранитоидного плутона установлены раслоенное строение. В настоящее время в каждом детально изученном гранитоидном плутоне устанавливается расслоенное строение.
Ритмические текстуры проявлены в самых разнообразных по составу магматических породах, начиная от ультраосновных и щелочных, кончая ультракислыми (Л.Уэйджер, Г.Браун, А.А. Полканов, В.А. Дир, Н.А. Елисеев и др.). Однако причины их возникновения объяснялись по разному. Наиболее универсальной причиной рассло-енности в основных и ультраосновных изверженных породах признается концепция погружения и всллывания кристаллов в магме.
Расслоенность в том виде, в каком установлена в целом, для всего объема гранитоидного массива, является неожиданным результатом наших исследований, открытых благодаря исключительно методике изучения гранитоидных плутонов по вертикали.
Явлению магматической дифференциации - этой центральной проб
леме петрологии отведено значительное место в классических тру
дах И.Фогта, P.O. Дэли, Ф.Ю. Левинсона-Лессинга, П.Ниггли, И.Л.
Боуэна, Т.Барта, А.Е. Ферсмана, А.Н. Заварицкого, А.А. Маракуше-
ва и др. '
Часть 1
Основные черты магматизма Памира
Памир представляет крупнейший структурный узел Высокой Азии, расположенный на сопряжении различных орогенических поясов Земли: Карокорумского, Гиндукушского, Кунь-Луньского. Он входит также в состав Средиземноморского пояса и расположен в зоне его максимального сужения, а также развития меридиональных разломов, фиксируемых за пределами Памира валом Индийского океана, траппами Декана, Пенджабским клином Индийской платформы.
Считается, что складчатые дуги Памира сформировались в результате грандиозных перемещений жестких докембрийских массивов к северу Индостана. В современной структуре Памир выступает как крупное поднятие Земли, характеризующееся специфическими чертами
глубинного строения; максимальной для континента мощностью земной коры, неоднородным составом верхней мантии, широким развитием древнейшего кристаллического основания, незначительной мощностью фанерозойского чехла, доминирующим развитием инициального гранитоидного магматизма.
Он также представляет собой уникальный регион устойчивого воздымания земной коры, сопровождающегося увеличением ее мощности в связи глубинной дебазификацией, непосредственным отражением, которой является внедрение в складчатые толщи Памира огромных масс орогенных гранитоидных плутонических и вулкане-плутонических комплексов. Все это позволяет говорить об эпикратонном характере подвижных структур региона (Месхи, Хасанов, 1977; Ха-санов, Месхи, 1981;).