Введение к работе
Актуальность исследования. Субщелочной магматизм на Урале, в отличие от толеитового и известково-щелочного, до настоящего времени изучен слабо и односторонне. В основном внимание исследователей было сосредоточено на островодуж-ных шошонитовых комплексах и континентальных рифтоген-ных базальтоидах. Между тем продукты субщелочного магматизма выявлены практически на всех стадиях формирования Уральского складчатого пояса.
Цель работы. Выявить закономерности эволюции субщелочного магматизма и вещественного состава его продуктов в зависимости от геодинамических обстановок и последовательных стадий цикла Уилсона.
Задачи исследования. Изучение уральских субщелочных комплексов и сопоставление их с аналогичными образованиями современных геодинамических обстановок для выявления типо-морфных особенностей, не зависящих от условий формирования, и установления ряда переменных характеристик, определяемых конкретной геодинамической ситуацией.
Методика исследования заключалась в детальном изучении геологических разрезов (вплоть до средне- и крупномасштабного картирования опорных площадей) и документации керна скважин с отбором проб магматических пород для последующего определения их минерального состава, главных петрогенных компонентов и элементов-примесей (когерентных и некогерентных, редкоземельных и других), графической обработки петро-и геохимических данных. На основе обобщения собственных данных о геологической позиции, составе, условиях формирования, металлогеническои специализации магматических пород и комплексов с привлечением обширной отечественной и зарубежной литературы выполнены формационный анализ и сопоставление с аналогичными образованиями типовых обстановок современных мобильных зон.
Фактический материал. Основу составили материалы, собранные в ходе многолетних исследований в районах Полярного (Войкарская зона и хр. Епганэ-Пэ), Приполярного (Северосо-
сьвинский район), Северного (Ивдельский и Краснотуръинский районы), Среднего (Западно-Тагильская, Красноуралъская, Ре-жевская и Рефтипская зоны) и Южного Урала (Челябинско-Варненская, Гумбейская, Магнитогорская и Сакмарская зоны), а также полевой экскурсии на Курильские острова. Крупно- и среднемасштабное картирование магматических и вулка-ногенно-осадочных комплексов проводилось в Войкарской зоне Полярного Урала (по хоздоговору с ПГО Полярноуралгеоло-гия), в Северососьвинском районе Приполярного Урала (по хоздоговору с Главтюменьгеология), в Режевском и Рефтин-ском районах Среднего Урала (по хоздоговору со Средне-уральской экспедицией ПГО Уралгеология), в Гумбейской и Магнитогорской зонах Южного Урала (по хоздоговору с Челя-бинскгеолкомом).
В процессе работы были изучены более 5000 прозрачных шлифов, сотни аншлифов, обработано более 3000 полных силикатных анализов пород, около 2000 определений Rb и Sr ренгено-флюоресцентным методом, 1000 количественных спектральных анализов на тугоплавкие элементы, около 300 определений РЗЭ химико-спектральным методом. Все химико-аналитические исследования выполнялись в лабораториях Института геологии и геохимии УрО РАН.
Защищаемые положения.
/. Установленная триада К, K-Na субщелочных и толеитовых серий, периодически повторяющаяся в рифее - ордовике, раскрывает особенности динамики континентального рифтогенеза (локализация, прерывистость, пространственная миграция).
-
Калиевые субщелочные породы среднего палеозоя в аллохтонах на западном склоне Урала являются продуктами внутриплитного магматизма океанических плато - аналогами современных морских гор (гайотов).
-
В субдукциониых обстановках активной окраины Уральского палеоокеана субщелочные магматические породы формировались в островных дугах (S, D) и окраинно-континентальных поясах (D, С). Они под-4
разделяются на калиевую (шошонит-латитовую) и калиево-патриевую (гавайит-бепмореитовую) субще-лочпые серии. Пространственная разобщенность калиевых субформаций (сиенит-латитовой и абсаро-кит-шошонитовой) определяется различиями геодинамических обстановок вкрест простирания островной дуги.
-
Рапнекаменноугольные K-Na субщелочная (гавай-ит-бенмореит-трахириолитовая) непрерывная формация и предшествующая ей бимодальная K-Na то-леитовая характеризуют процесс "пассивного" риф-тинга в условиях конвергентного режима.
-
Субщелочной магматизм специфичен для основных стадий цикла Уилсона по ряду параметров (составу, масштабам проявления, типу локализации) и служит показателем определенной обстановки при геодинамических палеорекопструкциях.
Научная новизна.
-
Анализ опубликованных и собственных данных по ри-фейско-ордовикским проявлениям субщелочного и толеитового магматизма на Урале, позволил показать периодичность локальных проявлений континентального рифтогенеза, его прерывистость и пространственную миграцию. В пределах каждого из этапов (Rj-2. Щ-У> Є-Ог) магматизм эволюционировал от калиевых к калиево-натриевым субщелочным и толеитовым производным. Исходя из объемных соотношений и степени дифференцированное субщелочных и толеитовых магм, генерировавшихся в процессе рифтогенеза, сделана попытка качественно оценить скорости раздвига для каждого из этапов: в ранне-среднерифейское время раздвиг был локальным и быстрым, в венде - медленным и кулисным, в кембрии-ордовике -высокоскоростным по единой общеуральской системе континентальных рифтов, завершившийся океаническим спредингом.
-
На Урале впервые выявлены проявления внутриплитного магматизма океанических плато - реликты вулканических морских гор (гайотов), формирование которых, как и океанических островов, связывается с мантийным плгомом (горячей точ-
кой). Наиболее известные из этих проявлений - эмсские высококалиевые базальтоиды чанчарского комплекса Сакмарской зоны (западный склон Южного Урала).
-
На примере изучения силурийской и девонской островных дуг Урала установлено, что механизм образования магм повышенной калиевой щелочности над палеозонами субдукции не был единым. В барьерных зонах калиевые субщелочные породы сиенит-латитового состава завершают серию магматических ассоциаций нормальной щелочности и локализованы в единых с ними центрах. В задуговых бассейнах продукты калиевого субщелочного магматизма представлены линейными центрами шошонит-абсарокитовых лав, локализованы среди субокеанических толеитов и абиссальных кремней. В первом случае имело место локальное накопление калия в остаточных расплавах при эволюции известково-щелочных магм, во втором происходили излияния исходно субщелочных мантийных магм.
-
На примере девонского и каменноугольного окраннно-континентальных поясов Урала установлено, что состав субщелочных магматических пород отражает специфику режима их формирования. С девонскими андезитоидными магматитами в составе постофиолитового пояса, близкого по типу к кордильерскому, ассоциируют субщелочные породы калиево-натриевой серии. Субщелочные магматические породы каменноугольного пояса принадлежат калиевой субщелочной серии активных континентальных окраин андийского типа. Показано, что основной причиной их петрологических различий являются геодинамические условия. Вследствие режима высокоскоростной косой субдукции в девоне существовали мигрирующие обстановки растяжения в надсубдукциошюй области с гавайит-бенмореит-трахида-цитовым вулканизмом. В позднем карбоне главным фактором конвергенции была не субдукция, а надвигание восточных континентальных масс, господствовал режим сжатия, наращивания "корней гор", формировавшиеся при этом субщелочные магматиты сходны с энсиалическими островодужными шошонитами и латитами.
-
На примере раннекаменноугольных комплексов Южного Урала показано, что "пассивный" рифтинг в условиях аккреционной активной окраины сопровождался мантийным магматизмом, продукты которого слагают две дискретные формации: известную K-Na толеитовую (риолит-базальтовую) и ранее не
выделявшуюся K-Na субщелочіїую (гавайит-муджиерит-трахи-риолнтовую). Закономерная последовательность толеитов и более молодых гавайитов и муджиеритов, повторяющаяся в аналогичных ситуациях современных и древних активных окраин континентов, позволяет рассматривать эти формации в числе индикаторных при геодинамических реконструкциях зон частных коллизий типа островная дуга - континент. Специфика то-леитовой и субщелочиой серий, формировавшихся в условиях конвергентного режима (в сравнении с аналогичными вулканитами океанических островов и "активных" эпикратонных рифтов), связывается с воздействием продуктов дегидратации суб-дуцированиоп океанической коры на мантийные источники маг-могеперации.
6. Показано, что породы позднекаменноугольпых монцонит-граннтных комплексов (степшшского п гумбейского типа) сходны с шошонптамп и латитамп Тибета, Альп, Кавказа, образовавшимися после пшерколлизпи (столкновения двух континентов). Для них характерен четкий структурный контроль - внедрение вдоль разломиых зон, резко дпскордантных к простиранию орогеїпюго пояса. Их состав указывает на генерацию из обогащенного мантийного источника.
Таким образом, впервые проведено комплексное изучение субщелочных магматических пород уникального Уральского впутрнконтинепталыюго складчатого пояса, характеризующегося полным геодннамическим циклом развития - от стадии континентального рифтогенеза до стадии межконтинентальной коллизии. Показано, что каждой стадии развития орогеїпюго пояса соответствует свой тип субщелочного магматизма, что позволяет использовать его в качестве индикатора при геодинамических реконструкциях.
Практическое значение работы определяется использованием полученных геологических данных в практике поисковых и геолого-съемочных работ. Значительная часть повой геологической информации и научные разработки по проблемным вопросам переданы в производственные организации в виде хоздоговорных отчетов. Впервые для Уральского региона на основе геолого-геохимического изучения магматических комплексов была разработана легенда и построена геодинамическая карта-
схема масштаба 1:200000 для Магнитогорской площади (Южный Урал). За освоение природных ресурсов Уральского севера получена бронзовая медаль ВДНХ СССР.
Апробация. Основные положения работы докладывались на Всесоюзных совещаниях: палеовулканологическом (Миасс, 1983), металлогеническом (Алма-Ата, 1983), тектоническом (Свердловск, 1989); на I Всероссийском металлогеническом (Екатеринбург, 1994) и I Всероссийском петрографическом (Уфа, 1995) совещаниях; на международном совещании (Евро-проба) по сравнительной тектонике Урала и Варисцид Западной Европы (Екатеринбург, 1995); на Уральских петрографических (Свердловск, 1981; Екатеринбург, 1997) и металлогени-ческих (Свердловск, 1991) совещаниях; на чтениях памяти академика А.Н. Заварицкого (Екатеринбург, 1999); на региональных совещаниях: "Магматические формации складчатых областей Сибири..." (Новосибирск, 1981), "Шарьяжно-надви-говая тектоника..." (Уфа, 1991), "Палеовулканизм Сибири..." (Томск, 1991), "Геология и металлогения..." (Сыктывкар, 1993) и других.
По теме диссертации опубликовано 70 работ, в том числе 2 монографии и 3 препринта.
Объем работы. Диссертация, объемом в 278 страниц, состоит из введения, трех глав и заключения, содержит 103 цветных рисунка, 33 таблицы и библиографию (327 наименований).
Первая глава ("Геодинамические реконструкции"), вводная по своему содержанию, отражает современные представления исследователей на историю развития Уральского складчатого пояса, методические установки в использовании магматических проявлений для восстановления геодппамических обстановок, а также освещает некоторые важные для последующего изложения вопросы классификации и номенклатуры субщелочных магматических пород. В этой же главе я попытался ясно обозначить собственную позицию и взгляды по основным проблемам геодинамики.
Вторая глава ("Субщелочной магматизм в геодинамическом цикле Урала") является основной в работе, поскольку содержит все фактические данные по исследуемой тематике и их авторскую интерпретацию. По этой причине я счел целесообраз-8
ным вынести название работы в целом в название данной главы. Внутренняя структура изложения материала учитывает, с одной стороны, хронологическую последовательность событий в истории развития Уральского складчатого пояса, с другой -отражает стадийный ряд цикла Уилсона.
Третья глава ("Эволюция субщелочного магматизма и диагностика геодинамических обстановок") является обобщающей. В ней дан синтез установленных особенностей эволюции субщелочного магматизма в истории развития Урала, показано, что в основных своих чертах выявленные для Урала закономерности изменения петрохпмических и геохимических характеристик продуктов субщелочпого магматизма хорошо сопоставимы с аналогичными показателями, установленными при изучении эволюции современных субщелочных вулканитов, формирующихся в определенных геотектонических обстановках. Это свидетельствует, во-первых, о значительном консерватизме закономерностей и тенденций в изменении продуктов вулканизма этого типа в процессе развития земной коры в целом и, во-вторых, позволяет говорить о возможности диагностики известных геодипамическпх режимов древних эпох по характеру субщелочного магматизма.
Благодарности. Я выражаю глубокую признательность моему учителю и постоянному соавтору Р.Г. Язевой, своим друзьям и коллегам Г.А. Мизенсу и В.В. Черных. Их советы и моральная поддержка помогли мне преодолеть некоторую нерешительность, впрочем естественную, перед трудностью стоявших передо мной задач, и избежать многих ошибок в фактах и суждениях.
Я также благодарен А.А. Ефимову, К.С. Иванову, В.А. Ко-ротееву, А.А. Краснобаеву, А.В. Маслову, ІО.А. Полтавцу, В.А. Прокину, А.И. Русину, В.Н. Сазонову, В.II. Смирнову, Г.Б. Ферштатеру, Б.И. Чувашову, потратившим свое время па прочтение всей работы или ее отдельных глав. Некоторые их рекомендации н замечания были учтены мною при подготовке рукописи.
Огромное спасибо А.С. Кобузову, СВ. Колотову и Г.Р. Мальцеву за обучение работе на персональном компьютере. Благодаря их школе, я смог самостоятельно оформить свою работу.