Кислые вулканические комплексы севера Урала
Кислые вулканиты верхнепротерозойского возраста являются частью бимодальной ассоциации K-Na субщелочных базальтов-риолитов. Они характеризуются линейным типом извержений и высокой эксплозивностью, а по геохимическим характеристикам совмещают черты мантийных продуктов (низкое отношение изотопов стронция, высокие концентрации Nb, Zr, сидерофильных элементов) и коровых выплавок (высокие содержания… Читать ещё >
Содержание
- Актуальность проблемы
Научная значимость и актуальность изучения кислого вулканизма на западном склоне Приполярного и Полярного Урала определяется его приуроченностью к континентальному сегменту Уральского орогена и его связью с процессами деструкции континентальной коры при рифтогенезе. Проблема петрологической и геодинамической природы продуктов магматизма в континентальном секторе Приполярного и Полярного Урала остается предметом активной дискуссии. Изучение магматизма западного склона Приполярного и Полярного Урала получило дополнительный стимул с развитием мобилистских представлений на формирование Уральского орогена. Магматические образования, вопреки традиционным представлениям о принадлежности их к геосинклинальным ассоциациям, стали рассматриваться как продукты эпикратонного рифтогенеза и других процессов растяжения и деструкции (Пейве, С. Н. Иванов др., 1977- С. Н. Иванов и др., 1986, Голдин, Пучков, 1978- Душин, 1997- и др.). В последний период высказываются предположения о связи магматических образований этой части Уральского орогена с коллизионными процессами, проявлявшимися как на уровне верхнего протерозоя при коллажном разрастании северо-западной периферии Восточно-Европейской плиты, так и в палеозое при столкновении этой плиты с фрагментами Уральского палеоокеана (Нечеухин, 2001- Нечеухин, Душин, 2001).
Совершенно очевидно, что основной путь решения названной проблемы заключается в детальном изучении фациальных, петрологических, петрохимических и геохимических особенностей продуктов вулканизма и их отдельных формационных комплексов и ассоциаций. Комплексы кислых вулканитов являются благодатным объектом для решения геотектоничеких и петрологических проблем формирования вулканических образований вообще и западного склона Приполярного и Полярного Урала в частности. Они соответствуют параметрическому критерию оценки типа коры, на которой образуются, и служат показателями состава субстрата и роли сиалического корового материала в образовании исходных магм. Кислые комплексы очень чувствительны к вариациям геодинамических и физико-химических условий вулканизма, и поэтому изучение их петрологических, петрохимических и геохимических особенностей актуально.
Западный склон Приполярного и Полярного Урала выделяется интенсивным проявлением магматизма, значительно отличаясь этим от других частей западного сегмента Уральского орогена. В составе магматических продуктов существенная роль принадлежит вулканогенным образованиям, которые известны как на верхнепротерозойском, так и палеозойских возрастных уровнях.
Начало изучения вулканических комплексов севера Урала как самостоятельных геологических единиц, имеющих определенное место в геологической истории развития района, свои закономерности формирования, приходится на шестидесятые годы прошлого столетия и связано с именами И. Л. Лучинина, Б. А. Голдина, М. А. Маслова, А. И. Шмидта, Ю. Ю. Эрвье, В. И. Мизина.
До этого периода вулканические образования западного склона севера Урала рассматривались как составная часть осадочных толщ (Иванова, 1956, 1959, 1961- Львов, 1957, 1958, 1959- Малашевский, Попович, 1961- Миклухо-Маклай, 1961, 1963, Молдаван-цев, 1944- Осадчев, Иванова, 1952 и др.). Вопросами стратиграфического положения и возраста вулканитов занималась И. А. Петрова, которая, вслед за Н. А. Сириным (1962), 4 протерозойско-кембрийские изверженные породы западного склона относит к образованиям эвгеосинклинального режима.
В начальный период исследований вулканических образований наибольшее внимание было уделено кислым вулканитам, которые были выделены в гранит-липаритовую формацию раннекембрийского — ордовикского возраста (Лучинин, 1968, 1972,1975). И. Л. Лучинин, изучавший в течение ряда лет кислые вулканиты на очень большой территории Урала, включал их в позднеорогенный субсеквентный вулкано-плутонический комплекс. Б. А. Голдин (1973) выделил доорогенные комплексы байкалид, которые «отличаются как от геосинклинальных, так и от платформенных, занимая между ними промежуточное положение» и орогенные, аналогичные «комплексам геосинклинальных прогибов на поздних стадиях их развития, включая орогенный этап». Позже Б. А. Голдин и В. Н. Пучков (1974, 1976), занимаясь исследованием эволюции тектоно-магматического развития севера Урала, пришли к отрицанию геосинклинальной природы байкалид западного склона. Становление некоторых магматических комплексов (лорцемпейский, пайпудынский) они связывали с началом процесса рифтогенеза — раскалывания эпибайкальской платформы в условиях растяжения, т. е. с зарождением Уральской палеозойской геосинклинали. В более поздних работах Б. А. Голдиным (1999) вулканиты малдинского комплекса отнесены к коллизионным формациям доуралид (R3-V1), а вулканиты пайпудынского комплекса — к рифтогенной формации уралид (ез — O1.2).
Решающим этапом в плане изменения представлений о последовательности и характере развития вулканизма этой зоны Урала можно считать появление монографий В. Н. Пучкова (1975), Б. А. Голдина, В. Н. Пучкова (1985), Б. А. Голдина, Е. П. Калинина, В. Н. Пучкова (1999). Последующие исследования (В.А. Душин, А. Б. Макаров, А. С. Микляев, Н. В. Романова, С. Г. Червяковский и др.) не только дополнили эти представления новым фактическим материалом, но и позволили выявить некоторые новые особенности геологического строения западного склона севера Урала.
Изучением риолитов севера Урала в настоящее время занимается А. А. Соболева, которая считает, что формирование риолитов малдинского комплекса происходило «на мощной коре континентального типа при орогенезе, имевшем место, возможно, при позд-небайкальской активизации восточной окраины Русской платформы» (1995).
В работе рассматриваются особенности формирования и состава комплексов кислого вулканизма. Под вулканическим комплексом понимается совокупность генетически взаимосвязанных покровных, жерловых и околожерловых экструзивных и субвулканических фаций, возникших в процессе развития конкретной структуры за определенный промежуток времени с закономерной эволюцией вещественного состава (Игнатьев, 1975, с. 16).
В качестве самостоятельных формационных образований комплексы кремнекислых вулканитов на севере Урала стали выделяться лишь в последнее время (Червяковский, 1993). В более ранних исследованиях они включались в состав бимодального мана-рагского комплекса и его аналогов. Между тем, наличие самостоятельных комплексов кислого вулканизма позволяет конкретизировать проблему участия сиалического корового материала в формировании исходных магм и состава первичного субстрата. Такие данные имеют существенное значение для палеогеодинамических реконструкций.
Цель работы
Выявить закономерности эволюции кремнекислого вулканизма и вещественного состава его продуктов в западном континентальном секторе Приполярного и Полярного Урала в зависимости от геодинамических обстановок в возрастном интервале от R3 по Pz2. ч 5
Задачи исследования
Геологическое и петролого-геохимическое изучение проявлений кислого вулканизма в западном секторе севера Урала, сопоставление их с аналогичными образованиями современных и уральских типоморфных геодинамических обстановок для выявления особенностей формирования на последовательных этапах их геологической истории.
Методика исследования заключалась в детальном изучении геологических разрезов, отборе проб вулканических пород для последующего определения их минерального состава, главных петрогенных компонентов и элементов-примесей (когерентных и некогерентных, редкоземельных), графической обработки петро- и геохимических данных. На основе обобщения собственных данных о геологической позиции, составе, условиях формирования, металлогенической специализации вулканических пород и комплексов с привлечением отечественной и зарубежной литературы выполнены формационный анализ и сопоставление с аналогичными образованиями современных мобильных зон.
Фактический материал
В основу работы положены результаты личных исследований автора за период 1996—2000 гг., атак же обработка полевых и аналитических материалов (1973−1997гг), выполненных в лаборатории региональной геодинамики и палеовулканологии Института геологии и геохимии УрО РАН С. Г. Червяковским.
Автором привлечено к рассмотрению и выполнено более 150 силикатных химических анализов по большинству проявлений кислого вулканизма в пределах Полярного и Приполярного Урала, просмотрено и проанализировано более 1000 прозрачных шлифов. Выполнено около 100 определений Rb и Sr ренгено-флюоресцентным методом, более 100 количественных определений состава элементов-примесей химико-спектральным методом и 100 определений состава РЗЭ. Получены данные по датировке проявлений кислого вулканизма Rb-Sr методом.
Защищаемые положения:
1. Накопление продуктов кремнекислого вулканизма в континентальном секторе Урала не было одноактным процессом. Геологические и новые изотопные данные позволяют утверждать, что главные их проявления (малдинский, пайпудынский и хахаремский комплексы) отвечают верхнепротерозойскому, раннепалеозойскому и среднепалеозой-скому возрастным уровням соответственно.
2. Кислые вулканиты малдинского комплекса являются частью бимодальной ассоциации K-Na базальтов-риолитов. Они характеризуются линейным типом извержений и высокой эксплозивностью, тогда как вулканиты пайпудынского комплекса не обнаруживают прямой связи с базальтоидным вулканизмом и характеризуются центральным типом извержений и широким развитием субвулканических фаций, что свидетельствует о большей насыщенности магм флюидами. Кислые вулканиты хахаремского комплекса, как и малдинского, характеризуются линейным типом извержений, тесно связаны с областями распространения базальтов, а их размещение контролируется системой сколовых разлом-ныхзон.
3. Выделяемые разновозрастные риолиты близки по содержанию петрогенных элементов и обладают яркой петрохимической спецификой (высокое содержание калия, низкое кальция), которая выдерживается в возрастном интервале 600−380 млн. лет, свидетельствуя об устойчивом геодинамическом режиме пассивной континентальной окраины Урала в это время, а различие их редкометальной специализации отражает изменение со6 става магматического источника риолитов за счет увеличения коровой составляющей в палеозое.
Научная новизна
1. С помощью методов абсолютной геохронологии (Rb-Sr метод) уточнен возраст главных проявлений кислого вулканизма в западном континентальном секторе севера Урала, показана его этапность, приуроченность к трем возрастным уровням — верхнепротерозойскому, ранне- и среднепалеозойскому.
2. Показано, что на раннем и позднем этапах кислые вулканиты являлись частью бимодальных серий повышенной щелочности (K-Na трахибазальтов-риолитов), а в раннем палеозое преобладают продукты самостоятельной риолитовой формации палингенно-коровой природы.
3. Анализ геологической позиции, фациальных и геохимических особенностей разновозрастных кремнекислых вулканитов позволяет сделать вывод об эволюции геодинамических обстановок их формирования от активного континентального рифтинга в верхнем протерозое к амагматичной (для мантийного вулканизма) паузе, предшествовавшей океаническому рифтингу в раннем палеозое и, в завершение, к локальному пассивному рифтингу при частных коллизиях континентальных блоков в среднем палеозое.
Практическое значение работы
Изложенные в работе материалы по геологии, петрографии, петрохимии, геохимии кислых вулканогенных комплексов будут полезны при изучении эффузивного магматизма данного региона и будут способствовать установлению металлогенической специализации вулканитов, определяемой характером сопряжения мантийных и коровых процессов и их соотношением в пространстве и времени.
Апробация. Основные положения работы докладывались и представлялись: на Всероссийском совещании «Гранитоидные вулкано-плутонические ассоциации» (Сыктывкар,
1997, 1999) — на Уральском петрографическом (Екатеринбург, 1997) совещании- на Международной научной конференции «Чтения академика А.Н. Заварицкого» (Екатеринбург,
1998, 2001) — на VIII научной конференции «Структура, вещество, история литосферы Ти-мано-Североуральского сегмента» (Сыктывкар, 2000) — на научной школе «Щелочной магматизм Земли» (Москва, 2001) — на региональном совещании «Геология и полезные ископаемые Западного Урала» (Пермь, 2001) — на Всероссийском палеовулканологическом симпозиуме (Петрозаводск, 2001).
По теме диссертации опубликовано 19 работ. Объем работы. Диссертация, объемом 118 страниц, состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 62 рисунка, в том числе 5 цветных фото, 11 таблиц и библиографию.