Введение к работе
Актуальности исследований. Работа посвящена типизации, петрогенезису и геодинамике известково-щелочных и субщелочных гранитоидных комплексов, являющихся одними из наиболее распространенных магматических образований. Несмотря на значительное количество экспериментальных исследований, а также работ, посвященных геологии, изучению вещественного состава и петрогенезиса рассматриваемых магматитов, их типизация, пет-рогенетическая и геодинамическая интерпретация разработаны еще недостаточно в связи с широкой их распространенностью, огромными объемами, разнообразием и сложностью процессов, приводящих к появлению гранитных магм. Тем не менее уже сейчас эмпирически выявленная глобальная зависимость состава гранитоидов от геодинамической позиции позволяет многим авторам использовать известково-щелочные и субщелочные гранитоид-ные комплексы в качестве индикаторов геодинамических обстановок. Несомненна генетическая связь многих проявлений полезных ископаемых с рассматриваемыми гранитоидами, более того, с определенными их типами, поэтому вещественный состав гранитоидов нередко используется для прогнозно-металлогенических исследований. В этой связи типизация известково-щелочных и субщелочных гранитоидных комплексов весьма актуальна. Так как процессы гранитообразования играют огромную роль в эволюции коры и мантии, их расшифровка важна для понимания процессов эволюции Земли в целом. Все это определяет необходимость исследований этих широко распространенных и разнообразных по своему вещественному составу, петрогенезису и геодииамической позиции магматических образований.
Целью исследований являлась типизация, петрогенетическая и геодинамическая интерпретация известково-щелочных и субщелочных гранитоидных комплексов^ формировавшихся в пределах обширной, но компактной территории, включающей несколько регионов, история геологического развития которых может быть прослежена во взаимосвязи друг с другом.
Исследования проводились в пределах южной, восточной и северо-восточной часгей складчатого обрамления Сибирской платформы, включающих Алтае-Саянский, Забай- , кальский, Дальневосточный и Северо-Восточный регионы. Были изучены разнообразные по своему составу и геодинамической позиции фанерозойские известково-щелочные и субщелочные гранитоидные комплексы (палеозойские: таннуольский и бреньский комплексы Тувы, баргузинский, витимканский, конкудеро-мамаканский, ингамакитский, зазинский комплексы Забайкалья; мезозойские: мяочанский, баджальский комплексы Дальнего Востока, колымский, охотский и сеймканский комплексы Северо-Востока). .
Для достижения поставленной цели последовательно решались следующие,задачи; ..,„ , .
1. Изучение геологического положения, внутреннего строения массивов.гранитоидов и
взаимоотношений пород. -. і
-
Сбор геологических, петрогеохимических, радиологических и других данных по извест-ково-щелочным и субщелочным гранитоидным комплексам территории и других регионов, создание реляционных баз данных на основе Microsoft Access.
-
Разработка программного обеспечения для моделирования процессов фракционирования, парциального плавления и смешения магм по породообразующим оксидам.
-
Сбор и обобщение данных по геологическому строению территории и реставрация истории ее геологического развития.
-
Анализ различий в вещественных характеристиках гранитоидов, и их типизация.
-
Реконструкции условий кристаллизации гранитоидов и условий формирования "родоначальных" магм с использованием количественного моделирования процессов фракционирования, парциального плавления и смешения магм по породообразующим оксидам и редким элементам.
-
Реконструкции геодинамических условий формирования известково-щелочных и субщелочных интрузивных комплексов на основе данных по геологическому строению территории и истории ее развития.
Фактический материал. В основу работы положен большой фактический геологический, петрографический, петрохимический, геохимический и минералогический материал, собранный автором в процессе геологосъемочных работ в пределах Охотско-Чукотского вулкано-плутонического пояса и Яно-Колымской складчатой системы, работ по ГДП-200 в пределах Сихотэ-Алинской складчатой системы, тематических исследований в Забайкалье, а также аналитические и геологические материалы по гранитоидным комплексам Тувы, любезно предоставленные сотрудником отдела Геологии и полезных ископаемых Сибири ВСЕГЕИ С.А.Решетовой.
За период с 1980 по 1995 год автором было проведено около 300 (2000 пог. км) маршрутов в пределах Охотско-Чукотского вулкано-плутонического пояса и Яно-Колымской складчатой системы; около 200(1200 пог. км) маршрутов в пределах Сихотэ-Алинской складчатой системы; около 250 (1500 пог. км) маршрутов в Забайкалье. В 1982 г. проведен региональный маршрут (200 км) по р.Яме с целью изучения гранитоидов охотского комплекса внешней зоны Охотско-Чукотского вулкано-плутонического пояса; в 1983 г. проведен региональный маршрут (100 км) по р.Сеймкан с целью изучения гранитоидов сеймкан-ского комплекса Охотско-Чукотского вулкано-плутонического пояса; в 1986 г. проведен региональный 700-километровый маршрут по p.p. Куанда и Витим с целью изучения гранитоидов ингамакитского, конкудеро-мамаканского, мамско-оронского и баргузинского комплексов, а также вмещающих отложений; в 1987 г. проведен региональный (300 км) маршрут по р.Кур с целью изучения гранитоидов мяочанского и баджальского комплексов Хингано-Охотского вулкано-плутонического пояса; в 1991 г. проведен региональный (150 км) маршрут по р.Сулук с целью изучения Дуссе-Алинского и других масивов меловых гранитоидов; в 1994 г. проведен региональный 1000-километровый маршрут по р. Витим с целью изучения палеозойских гранитоидов Забайкалья (баргузинский, зазинский, витим-канский, бичурский и др. комплексы), их взаимоотношений и вмещающих отложений.
В работе использовано более 1500 оригинальных анализов пород и минералов, а также результаты исследования более 2000 шлифов. Аналитические исследования проводились, главным образом, в химико-аналитической лаборатории ВСЕГЕИ (рентгеноспектральный флюоресцентный анализ АРФ-6, рентгеноспектральный силикатный анализ СРМ-25, количественный спектральный, ионометрический, минералогический, микрозондовый анализы. Аналитики Л.В.Сизова, А.П.Анисимова, И.Г.Гинзбург, Б.А.Цнмошенко, И.Г.Опендак, И.Г.Ляпичев), а также в МГП "Анакон" (нейтронно-активационный анализ, аналитик В.Б.Панкратов) и в Институте аналитического приборостроения (элементный анализ методом ICP-MS, аналитик И.О.Шульпяков). Кроме этого в работе использовано более 3000 анализов, заимствованных из опубликованных работ по гранитоидам рассматриваемых регионов и других областей.
Для решения поставленных задач в работе применен комплексный подход, включающий детальное геологическое картирование отдельных территорий и региональные пересечения, изучение петрографических особенностей пород, анализ геологических, петрохимиче-ских, геохимических и минералогических данных с применением логических сортировок и выборок из реляционных баз данных, определение термодинамических условий кристаллизации расплавов с использованием различных минералогических термометров и барометров, расчеты количественных петрогенетических моделей по породообразующим оксидам и редким элементам, реконструкции состава протолита с использованием данных экспериментальных исследований.
Основные защищаемые положения.
1. Все извеспшово-щелочные и субщелочные грагштоидные комплексы могут быть раз
делены на ряд типовых природных ассоциаций, для выделения которых необходимо
учитывать следующие припиши.
а) геологические: возрастное и геолого-структурное положение гранитоидов, взаимоот
ношения пород различного состава.
б) петрографические: видовой и количественный состав породообразующих и акцессор
ных минералов.
в) петрогеохимические: характер распределения щелочей, кальция и алюминия, степень
окисленности железа в гранитоидах различной основности; характер эволюции состава
пород при переходе от ранних фаз к поздним.
г) минералого-геохимические: состав породообразующих минералов, главным образом
железо-магнезиальных силикатов.
В совокупности ряд из них определяет характер размещения - кристаллизации расплавов, тогда как другие - состав и характер плавления субстратов.
2. Среди известково-щелочных и субщелочных гршштоидных комплексов выделяется
два крупных класса: "магнетитовый" и "илъменитовый", включающие комплексы
различного состава.
"Магнетитювые" гранитоиды характеризуются присутствием во всех разновидностях пород высокомагнезиальных и низкоглиноземистых биотитов, наличием значительного количества акцессорного магнетита в ассоциации с ортитом и сфеном, высокой степенью окисленности железа, высокой остаточной намагниченностью. Ареалы их распространения в геофизических полях выделяются положительными магнитными аномалиями (ДТ)а; отмечается четкая приуроченность к ним золоторудных и золото-серебряных и медно-молибденовых проявлений и месторождений.
"Ильменитовые" гранитоиды характеризуются наличием высокожелезистых и высокоглиноземистых биотитов, глиноземистость и железистость которых резко возрастает с уменьшением основности пород, отсутствием значительных количеств акцессорного магнетита, низкой степенью окисленное железа, низкой остаточной намагниченностью. Ареалы их распространения в геофизических полях выделяются отрицательными магнитными аномалиями (ДТ)а; отмечается четкая приуроченность к ним оловорудных проявлений и месторождений.
3. Образование "магнетитових " и "ильмештювых " гршштоидных комплексов связано
с условиями внедрения и кристаллизации магм и, следовательно, с геодинамической
обстановкой формирования граіштоидов, в меньшей степени с другими факторами.
Относительно быстрый подъем расплавов в условиях растяжения способствует выделению воды в самостоятельную фазу, ее термическому разложению и возникновению окислительной обстановки, что обусловливает кристаллизацию низкожелезистых и низкоглиноземистых биотитов (кристаллизация выше буфера FMOJ. Кристаллизация водонасы-щенных магм также приводит к появлению магнетитовых гранитоидных комплексов.
Медленный подъем расплавов в условиях общего сжатия способствует возникновению восстановительной обстановки и кристаллизации высокожелезистых и высокоглиноземис-, тых биотитов с все возрастающей железистостью и глиноземистостью по мере снижения температур кристаллизации расплавов (кристаллизация ниже буфера FMQ). Восстановленный характер магм может определяться также составом протолита.
4. Среди "магнепшпювых" и "ильмештювых" известково-щелочных и субщелочных
гршштоидных комплексов выделяется восемь типов, различающихся по составу сла
гающих их пород.
Ильменитовые гранитоидные комплексы делятся на три типа: кордиеритсодержащих высокоглнноземистых гранодиоритов и гранитов, метаглиноземистый диорит-гранитовый, биотитовых гранитов и гранодиоритов.
Магнетитовые гранитоидные комплексы делятся на пять типов: диорит-гранитовый, тоналит-трондьемитовый, граносиенит-гранитовый, диорит-плагиогранитовый и монцо-нит-гранитовый.
5. Образование различных по составу известково-щелочных и субщелочных гратапо-
идных комплексов обусловлено главным образом процессами парциального плавления
смешшиюго протолита различного состава, образованием смеси анатектического
расплава и реститовых кристаллических фаз с последующей кристаллизационной
дифференциацией этих "родоначальных магм" при отделении реститовых и вновь
образующихся кристаллов. Подчиненное значаще имеют процессы смешения магм.
Различные по составу гранитоидные комплексы формируются в результате парциального плавления различных по составу протолитов: высокоглиноземистые-метапелитовых; тоналит-трондьемитовые- амфиболитовых; диорит-гранитовые - смешанных амфиболит (базальт, андезит)-метапелитовых или при плавлении метапелитовых протолитов и смешении образовавшихся расплавов с базальтовыми; граносиенит-гранитовые - тоналит-метапелитовых. Комплексы биотитовых гранитов возникают при плавлении смешанного метапелит-амфиболитового протолита при преобладании первого; диорит-илагиогранитовые- при плавлении преобладающих амфиболитов в ассоциации с метапе-литами и тоналитами; монцонит-гранитовые - при плавлении смешанного тоналит-метапелитового протолита и взаимодействии образовавшихся расплавов с магмами щелочных базальтов.
После своего образования "родоначальные расплавы", подвергаются процессам кристаллизационной дифференциации, что приводит к формированию большей части спектра пород комплексов.
6. Известково-хцелачные и субщелочные гранитоидные комплексы формируются враз-
личных геодшшмических обстановках: островодужіюй, окрашию-континентальной,
коллизионной и внутриплипиюй, при этом определяющее влияние на возникаідииш
пит породных ассоциаций оказывает состав существующей в этих услдваях земной
коры. В связи с этим возникает глобальная зависимость между составам гранито-
идных комплексов и геодинамической обстановкой их формирования.
В условиях океанических островных дуг в связи с преобладанием в составе коры орто-амфиболитовых и базальтовых субстратов формируются тоналит-трондьемитовые гранитоидные комплексы. В пределах зрелых островодужных систем, окраин континентов и коллизионных зон, где развита мощная континентальная кора, могут возникать все типы выделенных гранигоидных комплексов. Однако для зрелых островных дуг и охраинно-континентальных областей наиболее характерны диорит-гранитовые и диорит-плагиогрзниговые комплексы в связи с присутствием здесь ортоамфиболитовых (базальтовых) и метапелитовых (± тоналитовых) субстратов или смешением подкоровых базальтовых расплавов и анатектических магм. Для коллизионных зон наиболее характерны ильменитовые комплексы высокоглиноземистого и диорит-гранитового типов. Первые возникают в условиях интенсивного наращивания мощности земной коры и автономного парциального плавления широко распространенных здесь метапелитовых (± тоналитовых) протолитов. Вторые по своему образованию аналогичны магнетитовым диорит-
гранитовым комплексам,-но возникают в условиях интенсивного сжатия. Для внутрикон-тинентальной обстановки наиболее характерны монцонит-гранитовые и граносиенит-гранитовые ввиду присутствия в этих областях древних тоналитовых протолитов и поступлением подкоровых магм щелочного состава.
Научная новизна. Настоящая работа по существу является первым обобщением огромного количества геологических, петрогеохимических и минералогических данных по известково-щелочным и субщелочным гранитоидным комплексам столь обширной территории, характеризующимся значительным разнообразием состава, условий образования и геодинамических обстановок формирования. В результате: 1) показана необходимость учета при типизации гранитоидных комплексов таких параметров, как состав биотита, степень окисленности железа в гранитоидах, а также характер эволюции состава пород от ранних фаз 'к поздним; 2) выделено 8 типовых природных ассоциаций известково-щелочных и субщелочных гранитоидов, показаны их вещественные отличия; 3) впервые на многочисленных конкретных примерах показано, что ведущим процессом генерации магм являлся процесс парциального дегидратационного плавления смешанного протолита с последующей кристаллизационной дифференциацией "родоначального расплава", представляющего собой смесь расплавной и реститовых фаз. Составы производных расплавов определяются фракционированием реститовых и вновь образованных кристаллических фаз или смешением магм. Произведены количественные расчеты процессов фракционирования и смешения магм по породообразующим оксидам и редким элементам. 4) показано, что глобальная зависимость состава известково-щелочных и субщелочных гранитоидных комплексов от геодинамической обстановки их формирования обусловлена взаимосвязью состава земной коры и геодинамического режима.
Практическое значение. Полученные новые данные по геологии и петрологии известково-щелочных и субщелочных гранитоидных комплексов и произведенная их типизация позволят выполнить расчленение названных комплексов и их межрегиональную корреляцию при региональных геологосъемочных и картосоставительских работах, что приведет к усовершенствованию легенд к государственным геологическим картам различного масштаба. Установленная зависимость состава гранитоидов от состава протолита раскрывает дополнительные возможности для изучения глубинного строения земной коры в областях их развития. Представленные данные по особенностям состава выделенных типов известково-щелочных и субщелочных гранитоидных комплексов в зависимости от их геодинамической позиции позволяют более корректно производить геодинамическую интерпретацию гранитоидов. Данные о приуроченности оловорудных проявлений и месторождений к ареалам развития ильменитовых диорит-гранитовых комплексов, а золоторудных и золото-серебряных - к магнетитовим диорит-гранитовым позволяет использовать данный признак при прогнозно-металлогенических исследованиях.
Реализация результатов исследований осуществлялась на всех этапах работ путем опубликования и представления производственных и научных отчетов по заданиям Мингео СССР,
Государственного комитета по геологии и использованию недр. В том или ином объеме результаты исследований вошли в 4 производственных отчета по комплексной геологической съемке масштаба 1 : 50 000 в пределах Охотско-Чукотского вулкано-плутонического пояса и ГДП-200 Баджало-Комсомольского геологического полигона, в 2 научных отчета, касающихся исследований палеозойских гранитоидов Забайкалья, а также в 4 учебных пособия, посвященных магматическим ассоциациям океанических и континентальных регионов и их рудоносности. Результаты работ по ГДП-200 Баджало-Комсомольского геологического полигона в настоящее время переданы в ПГО "Далыеология" для опубликования в объяснительной записке к Госгеолкарте-200 Баджало-Комсомольского района.
Апробация. Отдельные выводы и основные положения работы представлялись и докладывались на международном совещании "Тектоника и металлогения зон активизации (структур Дива)" (Благовещенск, 1991), на годичной сессии Ученого совета ВСЕГЕИ в 1991 г., на заседаниях НТС ПГО "Далыеология" и "Севвостгеология" в 1989 г., на первом всероссийском геологическом совещании "Магматизм и геодинамика" (Уфа, 1995), научных чтениях, посвященных памяти проф. И.Ф.Трусовой "Проблемы магматической и метаморфической петрологии" (Москва, 1996), международном совещании "Закономерности эволюции земной коры" (Санкт-Петербург, 1996), на всемирном геологическом конгрессе "Volcanic avtivity and the environment" (Пуэрто Валларта, Мексика, январь 1997).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 27 работ, в том числе 4 монографии (учебных пособия). Результаты исследований вошли в 4 производственных и 2 научных отчета.
Структура и объем работы. Работа состоит из двух томов. Первый том (текстовая часть) включает введение, 5 глав, заключение, список литературы 310 наименований, список рисунков и таблиц, предметный указатель, 168 рисунков, 50 таблиц. Текстовая часть изложена на 300 машинописных страницах. Второй том (приложения) включает таблицы оригинальных химических анализов пород и минералов.