Введение к работе
Актуальность исследований. Анализ механизмов зарождения, внедрения и становления гранитных магм на разноглубинных уровнях земной коры представляет собой фундаментальную проблему структурной и физико-химической петрологии (проблема пространства). Намечено два подхода к ее решению: 1) гнейсогранитный диапиризм, т.е. «активное» воздействие гранитного расплава на реологически расслоенный разрез земной коры в виде диапиров, куполов и интрузивных тел; 2) зарождение гранитных расплавов в локальных областях декомпрессии при сдвигово-раздвиговых тектонических движениях и, как следствие, их структурный контроль в ходе подъема и кристаллизации. Модель диапиризма и формирования гнейсогранитных куполов, по П. Эскола, была разработана на примере докембрийских щитов и сейчас рассматривается как один из важнейших структурно-петрологических индикаторов коллизионного тектогенеза (см, например, обзор в [Розен, Федоровский, 2001]). Альтернативная модель «пассивного» внедрения первоначально обоснована для базитовых магм, приуроченных к рифтам и областям «рассеянного» рифтогенеза [Pitcher, 1983]. Вместе с тем накапливается все больше геологических, структурных и петрологических данных, свидетельствующих о том, что масштабное гранитообразование при коллизионном орогенезе отвечает синорогеническому коллапсу, т.е. - рубежу контрастной смены режима тангенциального сжатия литопластин на режим растяжения и развала орогена. Рассматриваемый в настоящей работе геологический пример (синкинематические мигматит-граниты и интрузивные гранитоиды раннекаледонского возраста Западного Сангилена, ЮВ Тува) позволяет выявить специфические особенности взаимосвязи сдвигово-раздвиговых деформаций, метаморфизма, базитового и гранитоидного магматизма при коллизионном тектогенезе и на этой основе обосновать механизм зарождения, внедрения и становления гранитоидных магм, структурный контроль которых осуществлялся тектоническими движениями в литосфере.
Цель исследований – построить структурно-петрологическую модель гранитообразования в условиях коллизионно-сдвигового тектогенеза (на примере ранних каледонид Западного Сангилена, ЮВ Тува).
Основные задачи:
-
Дать анализ геологического строения и уточнить тектоническое районирование Западного Сангилена, на этой основе провести структурно-петрологический анализ Эрзинской сдвиговой зоны с вязко- и хрупкопластичным течением вещества (границы, масштабы, уровни эрозионного среза).
-
Определить петрографический и петрогеохимический состав мигматитов, параавтохтонных и интрузивных гранитоидов. Выполнить геохимическое моделирование процессов плавления с учетом состава протолитов, участвующих в строении ранних каледонид Западного Сангилена.
-
Определить Р-Т – параметры регионального и контактового метаморфизма, его связь с взбросо/сбросовыми и сдвигово-раздвиговыми деформациями.
-
Провести структурно-петрологический анализ мигматитов и параавтохтонных гранитов, эндо- и экзоконтактовых зон интрузивных гранитоидных тел (мезо- и гипабиссальная фации глубинности).
Фактический материал. В основу работы положены материалы автора, собранные за период 1999 – 2011 гг. При подготовке диссертации использованы коллекции образцов В.Г. Владимирова, А.Г. Владимирова, С.Н. Руднева, А.П. Пономаревой, А.В. Титова. Автором изучено более 500 прозрачных шлифов, из них около 200 – структурно-ориентированных. Проведен структурно-кинематический анализ 130 геологических обнажений. Выполнено 253 петрохимических анализа и 34 анализа редкоэлементного состава пород, 520 микрозондовых определений состава минералов. Петрогенные элементы определены методом РФА на установке СРМ-25 (аналитики – А.Д. Киреев, Н.М. Глухова, ИГМ СО РАН, г.Новосибирск) Редкие элементы определены методом ISP-ms на приборе Finigan Element (аналитики – И.В. Николаева, С.В. Палесский, ИГМ СО РАН, г.Новосибирск). Химические анализы минералов выполнены на рентгеноспектральном микроанализаторе с электронным зондом “Camebax-micro” (аналитик - О.С. Хмельникова, ИГМ СО РАН, г. Новосибирск). Геолого-геохронологическая база данных, составленная при участии автора, положена в основу геологической карты листа М-46-XVIII (Самагалтай) м-ба 1:200 000 [Бабин, А.Владимиров, В.Владимиров, Гибшер, Кармышева, 2012, в печати].
Объект исследований. Раннекаледонское горно-складчатое сооружение Западного Сангилена (ЮВ Тува) было сформировано в результате косой коллизии Таннуольской окраинноморско-островодужной системы и Тувино-Монгольского микроконтинента [Гоникберг, 1999; Козаков и др., 2003; Кузьмичев, 2004; Владимиров и др., 2005; Владимиров и др., 2011]. Здесь выделяются аккреционно-островодужные (580-560 млн лет), раннеколлизионные (540-520 млн лет) и позднеколлизионные (500-460 млн лет) структурно-вещественные комплексы, венчающиеся внедрением камптонитовых даек (440-430 млн лет) [Кармышева, 2011; Гибшер, 2012, в печати]. На стадии орогенического коллапса коллизионной системы произошла резкая смена геодинамических обстановок (тангенциальное сжатие сменилось на трансформно-сдвиговое растяжение), и был заложен проникающий глубинный разлом (Эрзинская сдвиговая зона). Эта зона, являвшаяся основным полигоном для структурных и петрологических исследований, насыщена магматическими телами и сейчас вскрыта в результате эрозии на разноглубинных уровнях земной коры (от мезо- до гипабиссальной фаций). Кроме Эрзинской зоны в структурно-петрологический анализ были вовлечены сопредельные площади, представленные Моренским и Нижнеэрзинским метаморфическими террейнами, что позволяет корректно охарактеризовать взаимосвязь сдвигово-раздвиговых деформаций, метаморфизма и магматизма для всей площади Западного Сангилена на стадии коллапса аккреционно-коллизионного горно-складчатого сооружения.
Методы исследований включали: 1) структурно-петрологический анализ - определение сбросо/взбросовых и сдвигово-раздвиговых деформаций, отвечающих за внедрение и становление базитовых и гранитоидных расплавов, а также макро- и микроструктурную характеристику мигматит-гранитов и интрузивных гранитоидных тел; 2) оценки Р-Т – параметров метаморфизма, состава гранитоидов и их протолитов; 3) геохимическое численное моделирование поведения редких и редкоземельных элементов в процессе анатексиса; 4) коррелятивный анализ сдвиговых деформаций с Р-Т – параметрами метаморфизма, возрастными рубежами базитовых и гранитоидных интрузий и их петрогеохимического состава как основы для построения структурно-петрологической модели гранитообразования.
Защищаемые положения:
1. Обоснована синкинематическая природа гранитоидов Эрзинской сдвиговой зоны Западного Сангилена. Они участвуют в строении четырех ультраметаморфических и магматических комплексов (от ранних к поздним):
автохтонные и параавтохтонные Grt-Bt+Hbl+Hyp граниты мезоабиссальной фации глубинности, входящие в состав эрзинского мигматит-гранитного комплекса;
параавтохтонные и аллохтонные (интрузивные) Bt-Grt+Hbl гранитоиды мезоабиссальной фации глубинности, входящие в состав баянкольского габбро-монцодиорит-граносиенит (гранодиорит)-гранит-лейкогранитного комплекса (490+10 млн лет);
интрузивные Bt+Hbl граниты нижнеулорского комплекса гипабиссальной фации глубинности (475+5 млн лет);
интрузивные Bt-Ms+Grt гранит-лейкограниты гипабиссальной фации глубинности, входящие в состав башкымугурского габбро-монцодиорит-гранит-лейкогранитного комплекса (465+5 млн лет).
2. Общей особенностью гранитоидов Западного Сангилена являются повышенная глиноземистость и калиевая специализация щелочей. При этом в составе эрзинского и баянколького комплексов совмещены гранитоиды, относящиеся к разным петрохимическим (от низко- до субщелочных) и геохимическим (от S- до A-) типам; нижнеулорский комплекс относится к контаминированным I-гранитам, гранитоиды Байдагской группы тел входят в состав контрастной умеренно-щелочной габбро-монцодиорит-гранит-лейкогранитной серии. По данным геохимического моделирования редкоэлементного состава гранитоиды не соответствует модели их генерации в результате равновесного частичного плавления метапелитов, что предполагает существенную роль тепломассообмена в условиях интенсивных сдвиговых деформаций.
3. Масштабное гранитообразование на Западном Сангилене отвечает этапу синорогенического коллапса коллизионной системы. Ведущим механизмом формирования гранитоидов являлось декомпрессионное плавление в условиях вязко- и хрупкопластичных деформаций. Внедрение и становление гранитоидных расплавов Эрзинской сдвиговой зоны контролировалось разнонаправленными тектоническими движениями:
– эрзинский мигматит-гранитный и баянкольский габбро-монцодиорит-граносиенит (гранодиорит) -гранит-лейкогранитный комплексы – взбросо/сбросовые деформации (режим транспрессии, 510-480 млн лет);
– нижнеулорский гранитный комплекс и Байдагская группа интрузивных тел в составе башкымугурского габбро-монцодиорит-гранит-лейкогранитного комплекса – сдвигово-раздвиговые деформации (режим транстенсии, 480-460 млн лет).
Научная новизна и авторский вклад заключается в том, что обоснована ведущая роль «пассивного» гранитообразования в условиях коллапса (развала) аккреционно-коллизионных орогенов (на примере ранних каледонид Западного Сангилена). Авторский вклад в представленную диссертационную работу заключается: 1) в детальном структурно-петрологическом изучении мигматитов и гранитов Эрзинской сдвиговой зоны, 2) петрографическом описании метаморфических пород, мигматитов и гранитоидных интрузивных тел, 3) оценке Р-Т – параметров метаморфизма, 4) геохимическом моделировании процессов гранитообразования. Полученные материалы учтены при составлении геологической карты масштаба 1:200 000, лист М-46-XVIII (Самагалтай) [Бабин и др., 2012, в печати].
Практическая значимость. Роль сдвиговых деформаций в истории геологического развития ранних каледонид Центральной Азии до сих пор остается недооцененной. Следует отметить работы Н.А. Берзина [1987-1994], Е.В. Склярова и др. [1997], В.Г. Владимирова и др. [2005] А.И. Мельникова [2011], В.Е. Загорского и др. [2011], в которых обращено особое внимание на сдвиговые тектонические движения и их значение для геотектоники Центральной Азии и металлогенического прогнозирования. Представленный в настоящей диссертационной работе фактический материал позволяет по-новому взглянуть на геодинамические сценарии, ответственные за формирование крупных и уникальных редкометалльно-пегматитовых месторождений Сангиленского нагорья. В частности, благодаря работам Л.Г. Кузнецовой с соавторами [2011], было показано, что формирование кембро-ордовикских редкометалльных гранитов и сподуменовых пегматитов (литиевые месторождения и рудопроявления Тастыг и Сутлуг) были связаны с реологическим расслоением и сдвигово-раздвиговыми деформациями в земной коре Сангиленского нагорья. Эти процессы синхронизированы с этапом синорогенического коллапса в ранних каледонидах Западного Сангилена [Владимиров и др., 2005]. Корреляция сдвиговых деформаций, магматических и метаморфических событий, ответственных за формирование магматогенных рудных месторождений ЮВ Тувы является основой для разработки новых геодинамических прогнозно-поисковых критериев (Li, Rb, Cs, Ta, Nb и др.) [Владимиров и др., 2011; Кармышева, 2011].
Апробация работы и публикации. По теме диссертации опубликовано 28 работ, включая 3 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК. Материалы представлены в виде устных докладов на 14 российских и международных конференциях (Новосибирск, 2001, 2010; Томск, 2000, 2004, 2007; Москва, 2004, 2011; Иркутск, 2001, 2003, 2009, 2010, 2011; Улан-Удэ, 2008). Исследования по теме диссертации проводились при финансовой поддержке РФФИ (гранты № 07-05-00980а, 11-05-00144; 11-05-00758), Президиума СО РАН (Программа фундаментальных исследований ИП ОНЗ-9.3)
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы (163 наименования) и двух приложений, содержит 97 рисунков и 38 таблиц, всего 250 страниц.