Содержание к диссертации
Введение
1. Краткая характеристика геологического строения складчатого фундамента архипелага Шпицберген 18
2. Очерк геологического строения полуострова Ню Фрисланд 27
2.1 .Состояние геологической изученности полуострова Ню Фрисланд 27
2 2. Полуостров Ню Фрисланд в геологической структуре архипелага Шпицберген. Черты геологического строения Ню Фрисланда 40
2.3. Проблемы изучения и картирования метаморфических комплексов и современные подходы к их решению 76
2.4. Результаты изотопного геохронологического датирования по породам складчатого фундамента Ню Фрисланда 83
3. Реконструкция первичной природы метаморфических пород Ню Фрисланда и условий их формирования 88
3.1. Петролого-петрохимическая характеристика ортопород серии Атомфьелла 105
3.2. Петролого-петрохимическая характеристика парапород серии Атомфьелла 122
3.3. Геодинамические обстановки формирования первичного комплекса серии Атомфьелла 131
3.4. Петролого-петрохимическая характеристика парапород серии Моссель и реконструкция геодинамической обстановки их формирования 144
3.5. Характер разреза байкальско-каледонского комплекса 152
4. Петрологическая характеристика фаций и типов регионального метаморфизма структурно-вещественных комплексов фундамента Ню Фрисланда 156
4.1. Минеральные парагенезисы и характеристики отдельных породообразующих минералов метаморфических пород серии Атомфьелла... 157
4.1.1. Гранаты 164
4 1.2. Амфиболы 177
4.1.3. Биотиты 181
4.1.4. Мусковиты 185
4.1.5. Полевые шпаты 187
4.1.6. Второстепенные минералы метаморфических пород серии Атомфьелла 194
4.2. Результаты термобарогеохимических исследований газово-жидких включений в минералах метаморфических пород серии Атомфьелла... 203
4 3. Термодинамические условия и петрологические особенности метаморфизма пород серии Атомфьелла 212
4.4. Минеральные парагенезисы и характеристики отдельных породообразующих минералов метаморфических пород серии Моссель.223
4.4.1. Гранаты 227
4.4.2. Биотиты и мусковиты 230
4.4.3. Полевые шпаты 234
4.4.4. Хлориты 237
4.4.5. Второстепенные минералы метаморфических пород серии Моссель 241
4.5. Характеристика газово-жидких и расплавных включений в минералах из пород серии Моссель 242
4.6. Термодинамические условия и петрологические особенности метаморфизма пород серии Моссель 245
4.7. Минеральные парагенезисы метаморфических пород серий Лумфьорд и Поларисбреен и Р-Т-условия их метаморфизма 250
5. Эволюция метаморфических процессов в породах складчатого основания полуострова Ню Фрисланд 253
Заключение 277
Список литературы 281
Приложения 295
- Краткая характеристика геологического строения складчатого фундамента архипелага Шпицберген
- Полуостров Ню Фрисланд в геологической структуре архипелага Шпицберген. Черты геологического строения Ню Фрисланда
- Петролого-петрохимическая характеристика парапород серии Атомфьелла
- Термодинамические условия и петрологические особенности метаморфизма пород серии Атомфьелла
Введение к работе
Архипелаг Шпицберген расположен на сочленении Баренцевской шельфовой плиты, северного фрагмента Норвежско-Гренландского бассейна и западной части Северного Ледовитого океана, что делает его ключевым для расшифровки геологического строения и этапов формирования тектонической структуры шельфа и материкового склона, а также для обоснования прогнозной оценки ресурсов полезных ископаемых в северо-западной части Баренцевоморского шельфа Исключительная важность географо-экономического положения района, с одной стороны, определяется его особым международным статусом, а, с другой стороны, тем, что на востоке он граничит с северозападными шельфовыми областями России, а на севере - с международными водами Северного Ледовитого океана Одновременно большинство районов архипелага по причине своей труднодоступности являются малоизученными в геологическом (прежде всего - в минерагеническом) отношении
Особый международный статус Шпицбергена и нахождение его под юрисдикцией Норвегии определяются Парижским договором 1920 года В соответствии с этим договором архипелаг передан под управление Норвегии, а все страны-участницы договора имеют право на ведение в пределах архипелага хозяйственной и научной деятельности Составной частью договора является Горный устав Шпицбергена, который определяет, в том числе, и правила ведения на архипелаге геологоразведочных работ Кроме этого, ведение хозяйственной и научной деятельности на Шпицбергене регламентируется национальным законодательством Норвегии
Советский Союз присоединился к Парижскому договору о Шпицбергене в 1935
году Регулярные региональные геолого-геофизические работы в этом регионе стали
проводиться с 1962 года в соответствии с приказом Министерства геологии и охраны недр
СССР № 15-е от 23 02 1962 года, отданном на основании распоряжения Совета
Министров СССР № 292 р-с от 08 02 1962 года В настоящее время деятельность
Шпицбергенской поисково-съемочной партии Федерального государственного
унитарного научно-производственного предприятия «Полярная Морская
Геологоразведочная Экспедиция» (ФГУИПП ПМГРЭ) определяется «Концепцией поли гики РФ на норвежском архипелаге Шпицберген», которая одобрена Указом Президента РФ № 1386с от 31 12 1997 года Одной из задач, определяемых эгой концепцией, является задача широкомасштабного присутствия российских организаций
на архипелаге Шпицберген и их разноплановая хозяйственная деятельность, в т ч по изучению недр как самого архипелага, так и прилегающего к нему шельфа
Архипелаг Шпицберген является северо-западной окраиной Баренцевоморского шельфа и находится между 10 и 35 в д и 78 и 81 с ш Архипелаг омывается с запада водами Гренландского моря, с юго-запада - Норвежского моря, с юго-востока и востока -Баренцева моря, а с севера — водами Северного Ледовитого океана (рис 11) Архипелаг состоит из пяти крупных островов и многих десятков мелких (рис 1 2) Самый крупный остров - Западный Шпицберген, площадью около 38 000 кв км Вторым по величине островом является Северо-Восточная Земля с площадью около 14 500 кв км Площадь островов Баренца и Эджа, лежащих к востоку от Западного Шпицбергена, составляет, соответственно, примерно 5100 и 1400 кв км На западе архипелага находится остров Земля Принца Карла с площадью 625 кв км К востоку от Шпицбергена располагаются более мелкие острова, самыми крупными из которых являются на северо-востоке -остров Белый, на востоке - острова архипелага Земля Короля Карла, на юго-востоке -остров Надежды Общая площадь, занимаемая всеми островами Шпицбергена, равна примерно 62 000 кв км
Береговая линия архипелага весьма изрезана и образует множество проливов и узких заливов - фьордов Из проливов наиболее крупными являются Хинлопен, отделяющий Северо-Восточную Землю, и Форланнсунн, отделяющий Землю Принца Карла, в обоих случаях от острова Западный Шпицберген Среди крупных фьордов надо отметить Ис-фьорд, Бельсунн и Хорсунн (на юге Западного Шпицбергена) и Конгс-фьорд Вуд-фьорд и Вейде-фьорд (на севере того же острова) Крупные полуострова, ограниченные проливами и фьордами, имеют собственные названия Ню Фрисланд, Земля Андре, Земля Хаакона VII, Земля Норденшельда и другие На Северо-Восточной Земле среди крупных заливов надо отметить залив Норденшельда, Валенберг-фьорд и Мерчисон-фьорд
В административном отношении архипелаг Шпицберген входит в губернаторство Свальбард (Королевство Норвегия) совместно с островом Медвежий Административным центром губернаторства является поселок Лонгиербюен, расположенный на южном берегу Ис-фьорда Другим норвежским поселком является Ню Олесунн, бывший до 1962 года шахтерским поселком, а ныне - международный научный центр На Шпицбергене имеются и старые русские поселки, принадлежащие Государственному Тресту «Арктикуголь» действующий поселок-шахта Баренцбург (юго-западная часть Ис-фьорда) и законсервированные - Пирамида и Грумант
ftW<
Рис. 1.1. Положение Шпицбергена в западном секторе Арктики.
2SU
м . А и д р е /S о.Большой
м.Лаура
**«**« g
о. Абеля
1 S
СЕВЕРНЫЙ ЛЕДОВИТЫЙ ОКЕАН
о.Серкэп
Семь
НОРВЕЖСКОЕ МОРЕ
| 40 КМ |
К."
Рис. 1.2. Архипелаг Шпицберген.
Архипелаг представляет собой арктическую горную страну с широко развитым современным оледенением Из островов архипелага самые высокие гипсометрические отметки имеет остров Западный Шпицберген (гора Ньютона и гора Перрьер - по 1717 м) Другие острова в восточной части архипелага характеризуются выровненным рельефом с более низкими высотами остров Северо-Восточная Земля - 637 м, остров Баренца - 610 м. остров Эджа - 578 м
На западе архипелага рельеф описывается как альпинотипный (Земля Принца Карла, западное побережье Западного Шпицбергена, Ню Фрисланд) Он характеризуется резкой степенью расчленения, обилием острых вершинных гор и хребтов Рельеф развит, в основном, на плотных протерозойских породах фундамента, чго обуславливает во многом морфологию вершин и склонов Другим типом рельефа является низкогорье, распространенное на востоке архипелага и характеризующееся слабой степенью расчленения
Ледники распространены практически на всех островах архипелага Ледниковые плаго, шапки и купола характерны для всех крупных островов Многочисленные нунатаки и непростой характер ледниковой поверхности свидетельствуют о сложном погребенном рельефе Одним из самых крупных ледниковых плато является ледник Ломоносова, мощность льда здесь достигает 370 метров Ледниковые купола распространены только на Северо-Восточной Земле их фронты (высота до 20 м) располагаются на мелководье, а мощность льда достигает 530 м Свободная ото льда суша приурочена, в основном, к центральным и северным частям архипелага
Положение архипелага Шпицберген в тектонической структуре Западного сектора Арктики отличается рядом специфических особенностей С одной стороны, это крайний северо-западный выступ структур Евразии, обособленное краевое сводовое поднятие в северо-западной части Баренцевоморской окраииио-материковой плиты С друюй стороны, архипелаг расположен на сочленении двух крупных океанических бассейнов, и процессы океанообразования отражены на его тектонической структуре На севере Шпицберген (рис 1 3) граничит с глубоководной котловиной Нансена Северного Ледовитого океана, на северо-западе - с плато Ермака, являющимся продолжением континентальных структур архипелага и выходящим к арктическому срединно-океапическому хребту (хребту Гаккеля) В то же время Шпицберген входит в состав горного обрамления Норвежско-Гренландского океанического бассейна, чем и определяется линейность его главных морфоструктурных элементов в западной час і и архипелага, в целом параллельных континентальному склону и океаническому хреб і у
Гренландия
Земля Франца Иосифа
Рис. 1.3. Положение архипелага Шпицберген в современной тектонической структуре Западного сектора Арктики.
- котловина Нансена
- арктический срединно-океанический хребет
- хребет Книповича
- плато Ермака
- прогиб Франц-Виктории
- Баренцевоморская плита
Книповича К югу и востоку от Шпицбергена располагается плита Баренцевоморского шельфа с ее разноориентированной блоковой отдельностью, на северо-востоке грабенообразный прогиб Франц-Виктории отделяет Шпицберген от Земли Франца Иосифа Сочетание на новейшем этапе процессов линейного орогенеза и сводового воздымания обусловило своеобразие современного тектонического плана Шпицбергена
В пределах архипелага на дневную поверхность выведены структуры гетерогенного складчатого фундамента Баренцевоморской эпибайкальской плиты, промежуточного (орогенного) комплекса девонского возраста, платформенного чехла и континентальной окраины, претерпевших в отдельных зонах молодую линейную дейтероорогенную активизацию (рис 1 4)
Чехол эпикаледонской платформы объединяет позднепалеозойский (Ci-P), мезозойский (T-Ki) и кайнозойский (палеоген и неоген) структурные ярусы, разделенные несогласиями В составе чехла, который имеег четкое блоковое строение, выделяются а) горстообразное поднятие западного побережья Шпицбергена, б) Западно-Шпицбері енский грабенообразный прогиб, в) Восточно-Шпицбергенское поднятие
Главной структурой промежуточного комплекса является субмеридиональный девонский грабен, располагающийся в центре северной части острова Западный Шпицберген и ограниченный с запада и востока крутопадающими зонами глубинных разломов
Фундамент архипелага Шпицберген был окончательно сформирован в каледонское время Об этом свидетельствует многочисленные К-Аг и Rb-Sr датировки возраста в интервале 420-380 млн лет и орогенная формация девонского возраста, выполняющая наложенные межгорные впадины С геотектонических позиций гетерогенные складчатые комплексы фундамента Шпицбергена представляют собой крайнее северное звено горноскладчатых систем, выступающих по обе стороны Северной Атлантики в качестве фрагментов некогда единого подвижного пояса, завершившего свое развития в раннем палеозое Сходство литостратиграфических комплексов, участвующих в строении древних структур Шпицбергена и Восточной Гренландии, использовалось для традиционного структурно-формационного анализа (Красильщиков, 1973, Леонов, 1976, Sokolov et al, 1968 и др), а также стимулировало мобилистские подходы к реконструкции структурных связей ныне пространственно разобщенных каледонских выступов -террейнов (Harland, 1969, 1985,1997, Gee, Page, 1994 и др )
Однако условия формирования каледонских складчатых сооружений Шпицбергена осіаются дискуссионными, как собственно и вопрос их гетерогенности, а также времени и
28а
Рис. 1.4. Схема тектонического районирования архипелага Шпицберген.
1 - осадочный чехол (карбон-неоген) с мезозойскими долеритами; 2 - девонский орогенный комплекс; 3 - додевонский фундамент (с каледонскими гранитами; 4 - 6 - комплексы фундамента Ню Фриланда (4 - позднерифейско-раннепа-леозойские, 5 - ранне-среднерифейская (?) серия Моссель, 6 - раннепротерозойская серия Атомфьелла).
Главные литотектонические блоки фундамента Шпицбергена: I - Северо-Восточная Земля; II - Ню Фрисланд; III- Северо-Западный Шпицберген; IV - Юго-Западный Шпицберген.
Структуры первого порядка: северо-восточный выступ докаледонского фундамента (А); антиклинорий западной части СВЗ (тектоническая ступень Земли Принца Оскара - Б' и антиклинорий бухты Норденшельда - Б"); Хинлопенский синклинорий (В' - восточное и В" - западное крылья); антиклинорий Западного Ню Фрисланда (Г); Северо-Западный выступ фундамента (Д) и тектоническая ступень (Д') на сочленении с девонским грабеном; горст-антиклинорий западного побережья Шпицбергена (Е).
условий метаморфизма докаледонского основания Очевидно, что шпицбергенские каледониды характеризуются внутренней зональностью, соотношение которой с докаледонскими структурами изучено недостаточно Одним из аспектов решения этой проблемы является определение типов и условий метаморфизма разновозрастных комплексов, а также изучения эволюции метаморфических процессов во времени
При рассмотрении состояние изученности этого вопроса видно, что основная проблема сейчас - неравномерность изученности, когда имеется много материалов по изотопной геохронологии и, наряду с этим, крайне недостаточно изучены пегрохимические характеристики как отдельных толщ, так и структурно-вещественных комплексов в целом, минералогия метаморфических комплексов, химизм отдельных минералов и Р-Т условия их формирования Отсутствие петрологической информации не позволяет зачастую правильно и объективно интерпретировать данные изотопного анализа, оценивать приуроченность тех или иных эндогенных процессов к конкретным геологическим событиям
В результате на данный момент времени на Шпицбергене более или менее четко разработаны вопросы стратиграфии структурно-вещественных комплексов фундамента и формационной принадлежности докаледонских и каледонских магматических комплексов, во многом решены вопросы привязки последних к гем или иным тектоно-магматическим событиям и геодинамическим обстановкам формирования В то же время нерешенными для многих структурно-вещественных комплексов (прежде всего, глубоко метаморфизованных) остаются вопросы реконструкции первичной природы и условий формирования, классификации последующих процессов метаморфизма с разделением их на этапы, определением их физико-химических параметров и эволюции метаморфизма во времени
Актуальность темы диссертации. Эволюция и режимы эндогенных, в частности метаморфических, процессов в зонах подвижных поясов - одна из актуальных проблем современной геологии Изучение влияния этих процессов в течении нескольких тектоно-метаморфических циклов на древние комплексы фундамента Шпицбергена - один из главных аспектов любых комплексных исследований По этой причине реконструкция условий осадконакопления ныне глубоко метаморфизованных структурно-вещественных комплексов Шпицбергена и их последующего метаморфизма, эволюция эндогенных процессов и определение их временной приуроченности являются важнейшей задачей пеіролого-петрохимического изучения складчатого фундамента архипелага Необходимость такого рода исследований несомненна, поскольку наши знания о докембрийском - раннепалеозойском этапе формирования коры Шпицбергена до сих пор
остаются неполными, что приводит к появлению спорных и противоречивых моделей развития древних структур (Harland, 1961, Красильщиков, 1973, Бархатов, 1970, Леонов, 1976, Турченко, 1987, Gee, Page, 1994, Witt-Nilsson et al, 1998, Daragan-Suschov, Evdokimov, 1998) Полуостров Ню Фрисланд - ключевой, эталонный район для докембрия Шпицбергена (Harland et al, 1966, Harland, 1997) Его изучение дает стройное и правильное понимание докембрийской - раннепалеозойской истории всего архипелага, создает основу для региональной корреляции разновозрастных комплексов и палеотектонических построений как в пределах архипелага, так и в масштабах Западно-Арктического региона
Цель и задачи работы. Целью работы является реконструкция первичного состава пород, Р-Т условий последующих этапов регионального метаморфизма и формирования складчатого основания полуострова Ню Фрисланд для разработки геодинамической модели докембрийского - раннепалеозойского фундамента архипелага Шпицберген
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи
1 Статистически обоснованное опробование всех разновидностей пород
кристаллического фундамента полуострова Ню Фрисланд для фактического обеспечения
последующих пе грохимических, петрологических и геодинамических построений
Классификация пород, выяснение их первичной природы и реконструкция условий осадконакопления первичных комплексов
На основе петрографического исследования метаморфических пород, изучения химических составов слагающих их минералов и газово-жидких включений в этих минералах определение последовательности смены парагенезисов и описание метаморфической зональности в докембрийских комплексах Определение Р-Т-параметров метаморфизма
Восстановление последовательности главных геологических событий региона в докембрии и их геодинамических обстановок на основе изучения вещественного состава кристаллических пород фундамента
Установление минерагенической специализации докембрийских комплексов и специфики наложенных процессов метаморфизма
Основные защищаемые положения.
1 В пределах метаморфизованной части складчатого основания полуосірова Ню Фрисланд выделяются три структурно-вещественных комплекса, претерпевшие метаморфические преобразования осадочно-вулканогенная серия Атомфьелла. сформировавшаяся в условиях активной континентальной окраины, осадочная серия Моссель, сформировавшаяся в условиях древней протоплатформы, и перекрывающая их
толща позднерифейского - раннепалеозойского возраста, сформированная в платформенных условиях и представленная слабометаморфизованными и неметаморфизованными породами серий Лумфьорд, Поларисбреен и Ослобреен
2 Метаморфизм пород серии Атомфьелла охарактеризован как изобарический
амфиболитовой фации андалузит-силлиманитового типа, проходивший при температурах
450-700С и давлениях до 4-5 кбар в условиях преобладания углекислоты и дефицита
воды во флюидной фазе Внутри серии выявлены реликты древнего протолита,
метаморфизованного в условиях гранулитовой фации при давлении более 5.5 кбар
Породы серии Моссель испытали зональный метаморфизм дистен-силлиманитового типа, проходивший в условиях от зеленосланцевой до амфиболитовой фаций при іемпературах 360-650С (до 700С), режим давления был декомпрессионный -сначала нарастал до 7 кбар и выше, а затем резко снижался до 1,5 кбар Заключительные стадии характеризовались повышенной обводненностью и проявлением кремний-щелочного метасоматоза Прогрессивный метаморфизм пород верхнего комплекса характеризуется условиями пренит-пумпеллииювой и низкотемпературной субфацией зеленосланцевой фаций, протекал при температурах до 300-350С и отнесен к неопределенному типу по давлению
В ходе своего становления складчатое основание п-ва Ню Фрисланд последовательно претерпело гранулитовый метаморфизм протолита в позднеар\ейское время (2700-2600 млн лет), высокоградиентный метаморфизм амфиболитовой фации в условиях активной континентальной окраины в раннепротерозойское время (1750 млн лет), зональный низкоградиентный метаморфизм в условиях риф го генного режима в раннерифейское время (1400-1200 млн лет), низкотемпературный метаморфизм неопределенного типа в условиях активизации древней платформы в каледонское время (470-380 млн лет)
Научная новизна работы. Обоснована схема последовательности главных тектоно-метаморфических и тектоно-магматических событий в данном районе Разработана модель эволюции полиметаморфических преобразований осадочно-вулканогенных и осадочных комплексов Ню Фрисланда, основанная на закономерной смене минеральных парагенезисов и состава породообразующих железо-магнезиальных минералов Выделены и закартированы метаморфические зоны разных этапов регионального метаморфизма складчатого фундамента Определены термодинамические параметры этих этапов метаморфизма Дана оценка миыерагенической специализации докембрийских комплексов
Практическая значимость работы. Предлагаемая схема эволюции метаморфизма складчатого основания полуострова Ню Фрисланд может стать базовой для создания схемы эволюции метаморфизма докембрийского — раннепалеозойского фундамента архипелага Шпицберген, что способствует правильной оценке минерагенической специализации древних структурно-вещественных комплексов региона
Результаты проведенных исследований могут быть использованы при мелко- и среднемасшіабном картировании в пределах архипелага и окружающего его шельфа, а также при создании схем тектонического развития Баренцевоморскои плиты и Евразийского бассейна в целом
Фактический материал. Основным материалом для работы явились полевые
наблюдения, коллекции образцов и аналитические данные автора, собранные в период
работы на полуострове Ню Фрисланд (Шпицберген) в 1984-1993 г г и 2004 году, а также
материалы за 1964, 1981-1984, 1986-1988 г г старшего геолога Шпицбергенской партии
Сергея Александровича Абакумова, под руководством которого автор начинал свою
профессиональную деятельность на Шпицбергене Кроме этого, для работы
использовались фондовые материалы Шпицбергенской партии ФГУНПП ПМГРЭ и опубликованные работы отечественных и зарубежных геологов
Аналитический материал. Диссертантом описано более 2000 прозрачных шлифов, пеірографическое описание сопровождалось определением показателей преломления плагиоклазов, биотитов, амфиболов и других минералов, а также оптических консіанг амфиболов и пироксенов на федоровском столике (петрографические лаборатории ВНИИОкеангеология и ПГО «Невскгеология») В лабораториях ВИИИОкеаигеология, ВСЕГЕИ, ПГО «Севзапгеология», ПГО «Невскгеология» были выполнены более 2000 спектральных полуколичественных анализов, 292 силикатных анализа и 146 минералогических анализов метаморфических и магматических пород Также были выполнены 53 количес і венных анализа на тяжелые и редкоземельные элементы, 81 термометрический анализ карбонатных пород, 60 анализов на декрепитацию На кафедре минералогии Горного института под руководством доцента В Ю Эшкина был проведен термолюминисцентный анализ 50 образцов кварца Микрозондовый анализ некоторых породообразующих минералов (гранат, полевые шпаты, биотит, мусковит, амфибол, хлорит) проводился в лабораториях ПГО «Невскгеология» и «Механобр» (с отбором мономинеральньгх проб и изготовлением искусственных брикеюв) и в изотопно-аналитических центрах Университета г Упсала (Швеция) и ВСЕГЕИ (в специально изготовленных шлифах по породам) Всего было
сделано 553 анализа по отдельным минеральным зернам, а также 9 детальных микрозондовых профилей через зерна граната в метаморфических породах Во ВСЕГЕИ проводилось изучение газово-жидких включений (к г -м н Толмачева Е В ) в минералах метаморфических пород (кварц, полевые шпаты, циркон и другие минералы), всего изучено 15 проб В изотопно-аналитических центрах ВСЕГЕИ и Музея Естественной Истории (Стокгольм, Швеция) получены результаты по U-Pb и Pb-Pb датированию цирконов (10 проб, аналитик к г -м н А Н Ларионов)
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы
докладывались и обсуждались на VI межведомственной конференции по новейшим достижениям в морской геологии «Проблемы развития морских геотехнологий, информатики и геоэкологии» (Санкт-Петербург, 1994), 23 Международной конференции «Зимняя встреча полярных геологов» (Орхус, Дания, 1998), Первом Всероссийском Палеовулканологическом Симпозиуме «Палеовулканология, вулканогенно-осадочный литогенез, гидротермальный метаморфизм и рудообразование докембрия» (Петрозаводск, 2001), III и V Международной конференции «Комплексные исследования природы Шпицбергена» (Мурманск 2003, 2005), Международной конференции «Арктическая геология, углеводородные ресурсы и проблемы развития» (Тромсе, Норвегия, 2004) Результаты исследований изложены в ряде производственных геологических отчетов «Метаморфические и магматические комплексы полуострова Ню Фрисланд и их минерагеническая характеристика» (1989), «Геологическое строение Северо-Западного, Центрального и Восточного районов Шпицбергена» (1993), «Геохронология и петрология складчагого фундамента архипелага Шпицберген» (1993), «Составление серии сводных карт масштаба 1 1 000 000 (новая серия) архипелага Шпицберген и создание баз геологической информации» (1996), «Главные этапы тектонического развития фундамента Шпицбергена (по результатам геохронологического доизучения архипелага)» (1998), «Составление и подготовка к изданию геологической и геоморфологической карт масштаба 1 1000 000 архипелага Шпицберген и прилегающего шельфа» (2000), «Главные эгапы тектонического развития фундамента архипелага Шпицберген» (2001), «Объяснительная записка к геологической карте Ню Фрисланда масштаба 1 200000» (2002)
Публикации. По геме диссертации опубликовано 16 работ (9 статей и 7 тезисов докладов)
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения Работа содержит 174 страницы машинописного текста, 32 таблицы и 121 рисунок (схемы, графики, фотографии), а также список литературы из 189 наименований
Приложение 1 включает 5 таблиц, приложение 2-1 таблицу Во введении рассмотрено положение Шпицбергена в тектонической структуре Западного сектора Арктики и дана общая характеристика работы Первая глава - это геологический очерк складчатого фундамента архипелага, вторая глава посвящена геологической изученности полуострова Ню Фрисланд, его положению в структуре архипелага и особенностям геологического строения В третьей главе описана реконструкция первичной природы метаморфических пород Ню Фрисланда и геодинамических условий их формирования Особое внимание уделено петрохимическои типизации ортопород и отнесение метавулканитов к тем или иным петрогеохимическим сериям В четвертой главе дается петрологическая характеристика фаций регионального метаморфизма пород Ню Фрисланда их минеральные парагенезисы, всесторонняя характеристика породообразующих минералов и результаты термобарогеохимических исследований газово-жидких включений в минералах метаморфитов Отдельно рассмотрены термодинамические условия метаморфических преобразований В пятой главе обсуждается модель эволюции метаморфических процессов в породах древнего фундамента Ню Фрисланда
Выполнение диссертационной работы осуществлялось под руководством д г -м н проф Ю Б Марина, которому автор выражает свою глубокую признательность Большую помощь в исследовании ГЖВ, всесторонние консультации и поддержку в работе оказывала к г -м н Е В Толмачева, за что автор приносит ей слова самой искренней благодарности За постоянную помощь и конструктивные замечания автор горячо благодарит кандидатов г -м н А Н Евдокимова, А М Тебенькова. Е А Кораго, А Н Ларионова, за оказание помощи в проведении аналитических работ - руководителя Шведского проекта исследования фундамента Шпицбергена проф Д Джи Большую помощь в обработке и подготовке материалов оказали Н Г Краснова, Л С Семенова, Т А Мотычко (ПМГРЭ) и А В Антонов (ВСЕГЕИ) Добрым словом хочется вспомнить уже ушедших от нас моих первых учителей и наставников Н Б Абакумову, С А Абакумова, А А Красильщикова, В Ю Эшкина
Краткая характеристика геологического строения складчатого фундамента архипелага Шпицберген
На Шпицбергене складчатый фундамент выступает в четырех районах архипелага, представляющих самостоятельные литотектонические блоки Северо-Восточная Земля, Ню Фрисланд, Северо-Западный Шпицберген, Западный и Юго-Западный Шпицберген Эти крупные блоки (рис 1 4) различаются типом разрезов, интенсивностью и характером процессов магматизма и метаморфизма, стилем структурных дислокаций и геохронологической характеристикой Вместе с тем, в составе фундамента Шпицбергена большинством исследователей с той или иной степенью достоверности выделяются четыре структурных этажа (Красильщиков и др, 1996ф, Тебеньков и др , 2000ф) нижний (раннепротерозойский, карельский), средний (раннерифейский, готский), промежуточный (среднерифейский, гренвильский) и верхний (средне-позднерифейский раннепалеозойский, байкало-каледонский) Ключом к пониманию сложной тектонической эволюции древних структур Шпицбергена сейчас считаются надежные возрастные датировки внутри отдельных структурных этажей
Сформированный на Шпицбергене каледонский структурный план характеризуется субмеридиональиым простиранием линейных складчатых структур, осложненных продольными сбросами Каледонские структуры не претерпели существенных изменений в эпохи эпиплатформениой активизации, за исключением западного побережья архипелага, где в зоне интенсивного альпийского надвигообразования разделение древних структур и собственно альпийских надвиговых покровов оказывается затруднительным (Dallraann et al, 1993) В современном срезе в контурах всего архипелага выделяются 6 структур первого порядка, представляющих складчатый фундамент Шпицбергена (рис 4) северо-восточный выступ кристаллического фундамента, антиклинории западной части Северо-Восточной Земли, Хинлопенский синклинорий, антиклинории Западного Ню Фрисланда, северо-западный выступ кристаллического фундамента, горст-антиклинорий западного побережья Шпицбергена (Красильщиков, 1973, Красильщиков и др , 1996ф Тебеньков и др , 2000ф)
Северо-восточный выступ кристаллического фундамента выделяется на крайнем восюке Северо-Восточной Земли и ограничен с запада региональным субмеридиональным разломом (Красильщиков и др, 1986ф) Вместе с тем, работы последних лет в этом районе не подтвердили существования здесь тектонической границы и допускают постепенное выклинивание к востоку вулканогенно-осадочных формаций мезо-неопротерозоя (Gee, Tebenkov, 1996) Для этого блока характерны северо-западные простирания структурных элементов на севере и востоке и широтные - на юго-востоке, не совпадающие с каледонским структурным планом Здесь же описаны среди гнейсов гиперстен-гранатовые парагенезисы (Sandford, 1956, Launtzen, Ohta, 1984), что может указывать на субстрат древнего кристаллического основания
Антиклинорий западной части Северо-Восточной Земли (Красильщиков, 1973) примыкает на востоке к выступу древнего фундамента, и сейчас рядом авторов (Тебеньков и др , 2000ф) расчленяется на тектоническую ступень Земли Принца Оскара (на восгоке) и антиклинорий бухты Норденшельда (на западе) Все сіруктурньїе элементы этого блока характеризуются субмеридиональными простираниями, оси крупных складок полого погружаются на юг, а углы падения на крыльях составляют 30-70 Ядра крупных антиклиналей прорваны интрузиями гренвильских гранитоидов (Тебеньков, 19836, Gee et al. 1995) Здесь же недавно установлено несогласное залегание базальных горизонтов (с конгломератами) средне-верхнерифейского комплекса на вулканитах и кристаллических сланцах мезопротерозоя (Gee, Tebenkov, 1996)
Хинлопенский синклинорий сложен среднерифейскими-нижнепалеозойскими отложениями и охватывает западную часть Северо-Восточной Земли и восточную часть полуосірова Ню Фрисланд В осевой части он косо рассечен проливом Хинлопен. совпадающим с долгоживущим глубинным разломом Восточное и западное крылья синклинория расположены по разные стороны пролива Для восточного крыла характерны субмеридиональные простирания складок с пологими южными погружениями осей, углы падения на крыльях составляют 25-70 Для западного крыла зафиксированы простирания от ССЗ до меридионального - на севере, и от меридионального до ССВ - на юге, оси складок полого погружаются на север, углы падения на крыльях составляют 30-70 Одна из антиформ этого района вмещает массив каледонских граносиенитов (Tebenkov et al, 1996)
Антиклинорий западного Ню Фрисланда сложен в большей части нижнепротерозойскими породами серии Атомфьелла и представляет выступ карельского кристаллического основания Восточная граница антиклинория в региональном плане маркируется тектонической границей мезопротерозойской серии Моссель с породами средне-верхнерифейскои серии Лум-фьорд, западная граница антиклинория - Вейде-фьорд, совпадающий с зоной глубинных долгоживущих разломов (Красильщиков, 1973, Абакумов, Сироткин, Тебеньков, 1989ф) Ориентировка структурных элементов в пределах антиклинория субмеридиональная с генеральным погружением осей складок на север, углы падения на крыльях - 20-80
Грабен Земли Андре, выполненный девонскими терригенными осадками, отделяет антиклинорий Западного Ню Фрисланда от северо-западного выступа кристаллического фундамента каледонид, предполагается, что под грабеном захоронена древняя структура -гипотетический синклинорий Земли Андре (Красильщиков, 1973) По нашим данным, он должен быть сложен верхнерифейскими-нижнепалеозойскими комплексами (Сироткин и др , 1998ф, 2004ф, Gjelsvik, 1996)
Северо-западный выступ кристаллического фундамента имеет ступенчатое сочленение со структурами девонского грабена по системе субпараллельных разно амплитудных сбросов, которые формируют в борту грабена тектонические ступени с выходами под девонскими отложениями докембрийских глубоко метаморфизованных пород Основная часть северо-западного выступа сложена интенсивно метаморфизованными породами, среди которых можно предполагать блоки карельских или готских комплексов, интенсивно переработанных процессами гренвильского ультраметаморфизма (Тебеньков и др , 2004, Ohta, Larionov, Tebenkov, 2003) В южной части выступа закартированы крупные сопряженные синклинали и антиклинали су б меридионального простирания с шарнирами, полого погружающимися к югу и углами падения пород на крыльях от 20 до 60 К ядру одной из антиклиналей приурочен крупный гранитный массив каледонского возраста (Абакумов, 1976, Абакумов, Чайка, 1979ф) Южный край выступа срезан сложной зоной сбросов и надвигов, протягивающейся в юго-восточном направлении К югу о г этой зоны выходит блок пород (полуостров Бреггер), которые по литологии и степени метаморфизма являются аналогами пород Северо-Западного Шпицбергена, но имеют запад-северо-западное простирание всех структурных элементов
Горст-ант иклинорий западного побережья Шпицбергена характеризуется значительным разнообразием простираний структурных элементов, большим количеством локальных складчатых структур, нередко запрокинутых на восток и осложненных разрывами По-видимому, центральная часть горст-антиклинория располагается к западу от архипелага, но имеющиеся данные о строении острова Земля Принца Карла весьма противоречивы из-за сложной складчато-надвиговой структуры острова (Hjelle et al, 1979, Harland, 1997) Восточной границей горста является так называемая Западная граничная зона разломов (Лившиц, 1965, 1973), окончательно сформировавшаяся лишь в кайнозойское время
Для горст-антиклинория характерно блоковое строение, из-за чего отдельные районы, разделенные фьордами, трудно сопоставимы Блоки сложены вулканогенно-осадочными породами рифея - нижнего палеозоя с субмеридиональными, север-северо-западными и северо-западными простираниями В тектонических окнах на поверхность выступают высокометаморфизованные породы гренвильских комплексов (Тебеньков и др , 2000ф, 2004) В ядрах некоторых синклиналей закартированы самые молодые породы каледонского фундамента - ордовик-силурийские карбонаты, залегающие со структурным несогласием на рифейско-вендских горизонтах
Полуостров Ню Фрисланд в геологической структуре архипелага Шпицберген. Черты геологического строения Ню Фрисланда
В геологическом строении Ню Фрисланда принимают участие, главным образом, складчатые комплексы метаморфических и осадочных пород протерозойского и раннепалеозойского возраста, а также горизонтально залегающие на них осадочные образования позднего палеозоя (рис 2 3) Географически выходы более древних, раннепротерозойских пород приурочены к западной части района, сменяясь к востоку более молодыми образованиями Платформенные, преимущественно карбонатные, отложения карбона и перми, часто с силлами и дайками мезозойских долеритов, главное поле своего развития имеют на востоке, юге и юго-западе площади, но на западе и севере встречаются тектонические останцы терригенных раннекаменноугольных образований Самые молодые породы, известные на Ню Фрисланде, - это обнаженные в районе ледника Манбреен неогеновые платобазальты (возраст 8,5 млн лет, К-Аг метод) свиты Сейдфьеллет (Tebenkov, Sirotkin, 1990) С запада по системе глубинных сбросов Билле-фьордской зоны разломов комплексы Ню Фрисланда отделены от структур девонского грабена Шпицбергена
Автор сохраняет принятую А А Красилыциковым (1973) и уточненную позднее (Абакумов, Сироткин, Тебеньков, 1989ф, Милославский, Карноушенко, Сироткин, 1993ф) схему расчленения складчатого фундамента Ню Фрисланда, поэтому в его составе выделяются три структурно-вещественных комплекса нижний представлен метаморфическими породами серии Атомфьелла, средний - метаморфизованными в различной степени породами серии Моссель, верхний - осадочными породами серий Лум-фьорд, Поларисбреен и Ослобреен (рис 2 2) Древние породы прорываются интрузивными комплексами разного возраста и состава, имеющими подчиненное значение в общем объеме фундамента
В современном эрозионном срезе на Ню Фрисланде в пределах складчатого фундамента выделяются две структуры первого порядка (Красильщиков, 1973) антиклинорий Западного Ню Фрисланда и Хинлопенский синклинорий (рис 2 3)
Хинлопенский синклинорий, сложенный средне-верхнерифейскими нижнепалеозойскими породами, своей осевой частью приурочен к проливу Хинлопен, а его западное крыло располагается в пределах Ню Фрисланда К оси синклинория приурочен длительно развивающийся разлом глубокого заложения Для западного крыла синклинория характерно северо-северо-западное простирание на севере и меридиональное с небольшими отклонениями к востоку - на юге Крыло осложнено серией складок второго порядка (рис 2 3), размах крыльев которых достигает 5-6 км Шарниры складок полого погружаются в северных румбах, углы падений на крыльях меняются в пределах 30-70 На севере полуострова фиксируется незначительный наклон осевых поверхностей складок на запад Лучше других выражены синклиналь Клуфтдален и сопряженная с ней антиклиналь Гекла-Хукен (на севере полуострова), синклинали Ветеранен и Квитбреен (на юге) Антиформа между двумя последними синклиналями вмещает крупный массив посторогенных каледонских граносиенитов Наиболее высокие горизонты раннепалеозойского комплекса (кембрий-ордовик), выведенные на дневную поверхность в эрозионном окне среди горизонтально залегающих каменноугольных отложений, моноклинально падают на восток под углами 30-60 (моноклиналь Хидениусбреен)
Антиклинорий Западного Ню Фрисланда сложен в большей части породами серии Атомфьелла и представляет выступ карельского кристаллического основания каледонид Восточная граница антиклинория совпадает с тектонической границей между породами ередне-верхнерифейской серии Лум-фьорд и раннерифейской (мезопротерозойской) серии Моссель, а западная - с Билле-фьордской зоной разломов
Центральной структурой антиклинория является меридиональная асимметричная антиклиналь Атомфьелла, имеющая углы падения на восточном крыле 20-50, а на западном - 50-70 (рис 2 3) На юге площади антиклиналь характеризуется ундуляцией шарнира при общем его погружении на север, продолжение антиклинали хорошо фиксируется в районе долины Моссель и на крайнем севере, в районе озера Флотан В восточной части антиклинория фиксируется синклиналь Скинфаксебреен (ширина до 4 км), ядро которой сложено породами верхней свиты серии Моссель, а углы падения на обоих крыльях меняются от 25 до 80
Складчатые комплексы фундамента Ню Фрисланда осложнены дизъюнктивными дислокациями, имеющими характер крутопадающих разломов Наиболее ранними являются субмеридиональные разломы, согласные с общим простиранием пород и имеющие протяженность во многие десятки километров Наиболее мощными из них являются разломы Билле-фьордской и Лум-фьордской зон разломов, разлом Сорг-фьорд - Ветеранен и внутренний разлом между сериями Атомфьелла и Моссель Описанию этих структур были посвящены многие работы (Harland et al, 1974, Lamar, Reed, Douglass, 1986, Милославский, Сироткин, 1994, Manby et al, 1994, Lamar, Douglass, 1995)
Зона разломов Билле-фьорда хорошо прослеживается на перешейке между одноименным фьордом и Ауст-фьордом, дальше к югу она прослеживается в горах юго-восточной части острова Западный Шпицберген Разломы этой зоны нарушают сплошность пород разного возраста (от мезозоя до нижнего протерозоя), но характер нарушений в разновозрастных комплексах разный (амплитуды нарушений и интенсивность деформаций уменьшаются к более молодым комплексам) В районе, примыкающем к Ню Фрисланду. между Билле-фьордом и Ауст-фьордом, зона нарушений имеет ширину до 15 км, и в нее вовлечены породы нижнего протерозоя, девона, карбона и перми Она характеризуется здесь наличием большого количества крутопадающих субмеридиональных разломов (сбросов, взбросов) с амплитудами смещений от 10-20 м до 2-4 км В восточной части этой разломной зоны сформирована конседиментационная грабен-синклиналь бухты Петунья, образование и развитие которой напрямую связаны с долгоживущими разломами В породах докембрия были выделены сопряженные системы трещин скола (общее число замеров более 1600), которые определяют преобладание субвертикальных движений в момент формирования
Петролого-петрохимическая характеристика парапород серии Атомфьелла
Метаосадочные породы в разрезах серии представлены в основном кварцитами, слюдяными и гранат-слюдяными сланцами, слюдяными плагиогнейсами и гнейсами, а также мраморами и амфиболитами На диаграмме А А Предовского (1980) метатерригенные породы серии укладываются в три литохимических типа, представляющих метапсаммиты метааркозы (сюда же относятся кварциты и кварц-полевошпатовые псаммиты), метаграувваки и субграувваки, метамелановаки (рис 3 1) Метаграувваки и субграувваки представляют большую часть объема метаосадков серии Эти же породы при реконструкции первичного состава по методике АН Неелова (1980) соответствуют следующим группам пород а) олигомиктовые песчаники, силициты, б) кислые туффиты, аркозы, полимиктовые песчаники, в) граувваковые алевролиты, железистые алевролиты, основные туффиты, г) алевропелиты и карбонатно-железистые алевропелиты В целом для всей выборки метаосадочных пород серии Атомфьелла показатель a = Al/Si находится в интервале от 0,06 до 0,4, а показатель b = Fe+Mn+Mg+Ca/1000 - в интервале от 0,03 до 0,51 Средние показатели по выборке составляют а = 0,28 и b = 0,25, что отвечает известково-железистому алевролиту
На диаграмме Si - (al+fm)-(c+alk), построенной по методике А Симонена (Simonen, 1953), эти же породы располагаются в полях аргиллитов, песчаников и лептитов, часть пород попадает в поле вулканитов (рис 3 22) Это подтверждает в целом состав метатерригенных пород серии, указывая, что среди них, несомненно, присутствуют и пирокластические породы
Методика, разработанная О М Розеном (1993), позволила выделить среди парапород серии Атомфьелла аналоги литаренитов, субграувакк, граувакк и граувакковых пелитов, при этом метаграувакки резко преобладают Даже среди параамфиболитов доминируют граувакковые разности, что говорит скорее об их пирокластическом происхождении, чем о карбонаїно-глинистом составе первичной породы
Материалы по первично-осадочной природе части пород серии Атомфьелла были гакже получены в ходе термобарохимических исследований газово-жидких включений в метаморфогенных минералах Реконструкция первичной природы основана на том, что формирование породы и ее метаморфизм протекают в различных Р-Т-условиях и при участии разных минералообразующих сред, фиксируемых в виде включений разного состава Метаморфогенный флюид в дометаморфических минералах исходной породы всегда будет представлен вторичными включениями, а в перекристаллизованных он будет наблюдаться в виде первичных включений Поэтому классификация включений во всех минералах глубокомегаморфизованной породы по принципу их первичности - вторичносш позволяет обнаружить реликтовые дометаморфические минералы, а состав и агрегатное состояние первичных включений в них - определить их генезис (Толмачева, Великославинский, 1999)
В ходе последних исследований на этот предмет изучены кварциты, кварцито-гнейсы, биотитовые и гранат-биотитовые гнейсы из различных частей серии Атомфьелла Наиболее информативным в этом отношении оказался кварц Выяснилось, что все изученные породы (8 образцов) относятся к парапородам Об их первичной осадочной природе свидетельствует присутствие в зернах кварца расплавньгх включений разного типа (рис 3 23) Так, для кварцитов, кварцито-гнейсов и биотитовых гнейсов верхних горизонтов серии (группа Харкербреен, по Harland et al, 1966) для зерен первичного кварца харакгерны три типа расплавньгх включений а) слабо раскристаллизованные, состоящие из силикатного стекла и кристаллического рудного минерала, б) почти полностью раскристаллизованные, сложенные лейкократовыми минералами, в) безрудные, сложенные силикатным стеклом В биогитовых и гранат-биотитовых гнейсах нижних частей серии (группа Финландвегген, по Harland et al 1966) отмечены зерна первичного кварца с двумя типами расплавньгх включений а) частично раскристаллизованные, состоящие из силикатного стекла, нескольких пузырьков и мелких кристалликов, что свидетельствует о первичной вулканической природе, б) полностью раскристаллизованные, что свидетельствует о первичной интрузивной природе
Кроме того, в зернах кварца I генерации были обнаружены включения высокоплотной жидкой С02 Эти образования могут иметь как вулканогенное происхождение, так и быть сформированными в ходе метаморфизма гранулитовой фации Если их природу рассматривать как дометаморфогенную, то в обоих случаях они указывают на гетерогенность первичного материала пород и, как следствие, на их первично-осадочное происхождение
Таким образом, полученные данные подтверждают выводы о том, что часть пород серии Атомфьелла характеризуются как первичноосадочные, и позволяют говорить о гетерогенности пород в источниках сноса Посвитная характеристика парапород серии Атомфьелла дается ниже
Для свиты Сербреен характерны кварциты (SiCb до 85-86%, АЬОз - 4,5-7,3%) и кислые метатуфы Последние по своим петрохимическим параметрам частично могут быть отнесены к пирокластам, что доказывается целым рядом диаграмм и методик (рис 3 1 и 3 22)
В объеме свиты Вассфарет парапороды представлены различными сланцами, слюдистьми гнейсами и кварцитами На диаграмме А А Предовского (1980) точки их составов попадают в поля граувакк, субграувакк, аркозовых и полевошпат-кварцевых псаммитов По систематике АН Неелова (1980) они могут быть соотнесены с группами карбонатно-железистых алевропелитов, граувакковых алевролитов, кислых туффитов и полимиктовых песчаников, силицитов и олигомиктовых песчаников Состав амфиболитов, который можно рассматривать как первично осадочный, соответствует граувакковому алевропелиту или основному туффиту Методика ОМ Розена (1993) позволяет соотнесіи эти породы с граувакками, за исключением кварцитов (субргаувакки) На диаграмме А Симонена (Simonen, 1953) точки составов пород свиты располагаются в поле аргиллитов и вдоль границ поля вулканитов
Среди пород свиты Бангенхук к метаосадочным можно отнести часть биотитовых гнейсов, а также редкие прослои кварцито-гнейсов и слюдистых сланцев На диаграмме А А Предовского (1980) они соответствуют, в основном, субграуваккам и аркозам, а по систематике А Н Неелова (1980) - кислым туффитам, аркозам, полимиктовым песчаникам, а также карбонатно-железистым алевропелитам, граувакковым алевролитам и основным туффитам По классификации О М Розена (1993) - это, в основном, граувакки, реже -субграувакки На диаграмме А Симонена (Simonen, 1953) метаосадки свиты располагаются в узком поле между вулканитами, аргиллитами, песчаниками и лепти гами, характеризуясь широкими вариациями обоих компонентов В составе свиты Риттерватнет метаосадки преобладают и представлены слюдисто-гранатовыми и амфибол-слюдистыми сланцами, биотитовыми и двуслюдяными гнейсами и плагиогнейсами, кварцитами и кварцито-гнейсами, а также параамфиболитами и мраморами На диаграмме А А Предовского (1980) они занимают поля от полевошпат- кварцевых псаммитов и аркозов до мелановакк По А Н Неелову (1980) - это карбонатно-железистые пелиты и алевропелиты, граувакковые алевролиты, основные и кислые туффиты, аркозы и полимиктовые песчаники Классификация О М Розена (1993) позволяет соотнести эти породы с субграувакками и граувакками, редко - с граувакковыми пелитами На диаграмме А Симонена (Simonen, 1953) точки составов этих пород располагаются, главным образом, в поле аргиллитов
В свите Харкербреен метаосадочные породы присутствуют в подчиненном количестве и представлены, в первую очередь, мусковитовыми кварцитами и кварцито-гнейсами, а также двуслюдяными и биотитовыми гнейсами На диаграмме А А Предовского (1980) эти породы попадают в поля субграувакк, аркозов, полевошпат-кварцевых псаммигов, а также туффитов По систематике А Н Неелова (1980) они соответствуют силицитам, олигомиктовым песчаникам, кислым туффитам, олигомиктовым и полимиктовым алевролитам, полимиктовым песчаникам По классификации О М Розена (1993) - это литарениты, субграувакки и граувакки На диаграмме А Симонена (Simonen, 1953) метаосадки свиты занимают поля лептитов и песчаников, при этом кварциты располагаются в поле лептитов и правой части поля песчаников, а гнейсы - в поле песчаников на стыке с полем вулканитов
Свита Смутсбреен в полном объеме сложена метаосадочными породами, которые представлены в основном различными кристаллическими сланцами, а также мраморами, кварцитами, параамфиболитами Методика А А Предовского (1980) позволяет интерпретировать первичную природу этих пород все кристаллические сланцы как граувакки и субграувакки, а параамфиболиты - мелаыовакки и граувакки По систематике А Н Неелова (1980) эти породы соответствуют карбонато-железистым алевропелитам и пелитам, граувакковым алевролитам и основным туффитам Классификация О М Розена (1993) соотносит кристаллические сланцы и параамфиболиты свиты с граувакками На диаграмме А Симонена (Simonen, 1953) точки составов этих пород занимают левую часть поля аргиллитов, характеризуясь низкими содержаниями SiCb и относительно высокими -глинозема и железо-магниевого компонента
В составе свиты Эсколабреен метаосадки также играют доминирующую роль, но представлены более широким спектром пород, чем в вышележащей свите гранат-биоштовые и гранат-амфибол-биотитовые гнейсы, кристаллические сланцы, кварциты и кварцито-гнейсы, мраморы и. видимо, параамфиболиты На диаграмме А А Предовского (1980) точки их составов соответствуют полям граувакк, субграувакк, аркозов и туффитов Методика А Н Неелова (1980) позволяет соотнести их с кислыми и основными туффитами, аркозами, полимиктовыми песчаниками и алевролитами, карбонатно-железистыми алевропелитами Расчеты по методике О М Розена (1993) показывают, что эти породы могли быть аналогами граувакк, субграувакк и литаренитов На диаграмме А Симонена (Simonen, 1953) метаосадки свиты располагаются в полях аргиллитов и песчаников
Термодинамические условия и петрологические особенности метаморфизма пород серии Атомфьелла
Термодинамические условия метаморфизма пород серии Атомфьелла оценивались на основе существующих в литературе схем метаморфических фаций, а также с использованием методов минеральной термобарометрии Присутствие в парагенезисах первичных кордиерита и андалузита позволило отнести метаморфизм этой серии к андалузит- силлиманитовому типу (Сироткин, 1996), а конкретные значения температур и давлений формирования первичных парагенезисов были рассчитаны по Гр-Би, Гр-Амф, Амф-Пл и Гр-Би-Мус-Кв геотермометрам и геобарометрам Температуры, оцененные с помощью гранат-биотитового и гранат-амфиболового геотермометров, представлены в таблице 4 8 В целом, температуры образования гранатовых парагенезисов в породах серии Атомфьелла не выходят за пределы амфиболитовой фации, и если откинуть крайние значения, как ненадежные, то их интервал составит 460-700С (Сироткин, 1996, 2004) В свою очередь, температуры метаморфизма, полученные по амфибол-плагиоклазовому и биотит-амфиболовым геотермометрам (Перчук, Рябчиков, 1976), показали следующее Равновесия амфибол-плагиоклаз были рассмотрены для трех проб из амфиболитов, при этом в двух случаях амфибол относится к группе высокожелезистых, а в одном - группе с повышенной магнезиальностью (рис 4,15,6) Плагиоклазы соответствуют олигоклаз-андезину (An 2437) В первых двух случаях геотермометр дал температуру 540-560С при давлении 5,7-6,3 кбар, для третьей пары минералов - 620С при давлении 4.2-4.6 кбар (табл 4 9) Анализ ситуации показывает что второй результат соответствует прогрессивному этапу метаморфизма, а первый — этапу диафтореза Равновесия амфибол-биотит для тех же проб амфиболитов дали сходные температуры Дополняя их данными (Сироткин, 2004) по гранат-биотитовому и гранат-амфиболовому геотермометрам, получаем следующую картину (табл 4 9) Данные по гранат-биотит-мусковит-кварцевому геотермобарометру (Gerya, Perchuk, 1990) для равновесных минералов из кристаллических сланцев серии Атомфьелла приведены в таблице 4 10, а для сравнения там же приведены данные по Гр-Би геотермометру Кроме этого, надо отметить, что для гела метагабброидов (обнажение 64/85, устье ледника Трюггвебреен), периферийные тела которого превращены в гранатовый амфиболит, амфибол-плагиоклазовый геотермобарометр (Gerya, Perchuk, 1990) дал температуру 365С при давлении 8,4 кбар В то же время наличие в метагабброидах этого тела коронарных (друзитовых) структур, выражающихся в появлении концентрических оторочек граната вокруг зерен пироксена на границе их с зернами плагиоклаза (рис 2 21,г), позволяег также оценить Р-Т-условия их метаморфизма На основе работ Т Л Париковой (2000, 2001, 2002) можно описать процесс формирования подобных структур как результат прогрессивного метаморфизма основных пород Для безоливиновых габбро формирование коронарных структур начинается при температуре около 670С и давлении в 6-8 кбар Рост корон происходит как результат диффузионного встречного биметасоматоза (А1 и Са - со стороны плагиоклаза, a Fe и Mg - со стороны пироксена) Рост корон продолжается и на пике метаморфизма, но далее, при изменении Р-Т-условий (спад температуры до 540С и ниже, давления - до 5 кбар) и увеличении Рцго, происходит полное разрушение друзитовых структур и последовательное превращение коронитов в гранатовые амфиболиты Как результат этого, Гр-Амф геотермометр по этим породам дает сильно завышенные температуры (1200-1400С), что указывает на неравновесность граната и вновь образованного амфибола Амфибол-плагиоклазовый геотермобарометр (Gerya, Peichuk, 1990) в этой ситуации дает условия кульминации этого процесса, который является наложенным (диафторическим) для метаморфитов серии Атомфьелла Анализ данных по составам амфиболов и биотитов позволил уточнить параметры метаморфизма Так, например, барометрические коэффициенты по сосуществующим биотитам и роговым обманкам, предложенные ММ Мануйловой с соавторами (1978), для пород серии Атомфьелла соответствуют андалузит-силлиманитовому либо промежуточному типам метаморфизма (табл 4 11) В любом случае, оно не превышало 5,0 - 5,5 кбар что вытекает из минимальной относительной магнезиальности сосуществующих роговых обманок и биотитов Соотношение октаэдрического алюминия и кремния в роговых обманках (Raase, 1974) на диаграмме Si-AlVI указывает на принадлежносгь большинства из них к гипу пониженных давлений (рис 4 28) Соотношение количеств щелочей и алюминия в амфиболах из пород серии (рис 4 29) указывает на то, что одна часть этих роговых обманок могла сформироваться в условиях пониженных давлений, в то время как другая часть - в условиях повышенных давлений Данные по минеральной термобарометрии для пород серии Атомфьелла. приведенные другими авторами, соответствуют температуре в 524 - 789С (Lybens, Manby, 1999) Таким образом, по данным многочисленных методик, основанных на химизме метаморфогенных минералов, можно подтвердить вывод о двух, по крайней мере, этапах высокотемпературных метаморфогенных преобразований пород серии Атомфьелла, приведших к формированию в них двух генераций гранатов, амфиболов, биотитов, мусковитов, плагиоклазов и других минералов Первый этап метаморфизма -высокотемпературный прогрессивный, - проходил при температурах 460-700С и давлении до 3,0 - 4,5 кбар Эти параметры определяют его как метаморфизм амфиболитовой фации и указывают на принадлежность к наиболее глубинной фациальной серии Аз-АБ андалузит-силлиманитового типа (Глебовицкий, 1973) Второй, диафторический этап, протекал при температурах 365-600С и давлениях до 5,5-6,5 кбар и выше (до 8,4 кбар) и, видимо, характеризовался заметной сменой Р-Т-условий на своем протяжении (от высоких Р-Т на пике этапа к более низким на завершающей стадии) Можно предполагать по данным о химизме хлоритов, что третий этап, обеспечивший формирование парагенезисов хлорит + альбит + серицит, также мог характеризоваться повышенным давлением, но в условиях еще более низких іемператур
