Субщелочной магматизм в геодинамическом цикле Урала

-2-
СОДЕРЖАНИЕ
Введение................................................................ 3
Глава 1. ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ РЕКОНСТРУКЦИИ.................................. 9
1.1. Современные взгляды на историю развития Уральского складчатого пояса.................................................. 9
1.2. Магматические индикаторы геодинамичсских обстановок 13
1.3. О классификации и номенклатуре субщелочных пород......... 27
Глава 2. СУБЩЕЛОЧНОЙ МАГМАТИЗМ В ГЕОДИНАМИЧЕСКОМ ЦИКЛЕ
УРАЛА......................................................... 37
2.1. Континентальный рифтогенез............................... 37
2.2. Внутриплатный магматизм горячих точек: морские горы Уральского палеоокеана........................................... 77
2.3. Островодужныс системы................................... 108
2.3.1. Силурийская островная дуга................. 108
2.3.2. Девонская островная дуга................... 133
2.4. Коллизия островная дуга - континент..................... 159
2.4.1. Геологическая позиция раннекаменноугольных базальто-
идных магматитов........................................................... 162
2.4.2. Химизм раннекаменноугольных базальтоидных магматитов 169
2.5 Окраинно-континентальные вулкано-плутонические пояса 189
2.5.1. Девонский вулканонлутонический пояс........ 189
2.5.2. Каменноугольный вулкано-илутонический пояс. 218
Глава 3. ЭВОЛЮЦИЯ СУБЩЕЛОЧНОГО МАГМАТИЗМА И ДИАГНОСТИКА
ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ОБСТАНОВОК................................... 238
3.1. Калиевый субщелочной магматизм.......................... 238
3.2. Калиево-натриевый субщелочной магматизм................. 250
Заключение.......................................................... 256
Литература............................................................ 258
-3-
ВВЕДЕНИЕ
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 субщелочных комплексах базальт-трахитовой формации и континентальных рифтогеиных 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 типоморфных 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 и статистической обработки петро- и геохимических данных. На основе обобщения собственных данных о геологической позиции, составе, условиях формирования, металлогенической 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. Енганэ-Пэ), Приполярного (Северососъвинский район), Северного (Ивделъский и Краснотуръии-ский районы), Среднего (Западно-Тагильская, Красноуральская, Режевская и Реф-тинская зоны) и Южного Урала (Челябинско-Варненская, Гумбейская, Магнитогорская и Сакмарская зоны), а также полевой экскурсии на Курильские острова. Крупно- и средиемасштабиое картирование магматических и вулканогенно-осадочных комплексов проводилось в Войкарской зоне Полярного Урала (по хоздоговору с ПРО Полярноуралгеология), в Северососьвинском районе Приполярного Урала (по хоздо говору с Главтюменъгеология), в Режевском и Рсфтинском районах Среднего Урала (по хоздоговору со Среднеуральской экспедицией ПГО Уралгеология), в Гумбейской и Магнитогорской зонах Южного Урала (по хоздоговору с Челябипскгеолкомом).
- 26-
зать, что к петрологии и диагностике их палеотектонической позиции обращались в своих работах Д.С. Штейнберг, С.Н. Иванов, В.А. Коротеев, Т.И. Фролова, H.A. Румянцева, И.В. Семенов, К.П. Иванов, Г.П. Белянина, Р.Г. Язева, и этот список еще не полон. Главными критериями при их актуалистических сопоставлениях большинство исследователей считает геохимические характеристики (Ti, К, Rb, Sr, Zr, РЗЭ и т.д.) и геологическое окружение (сопутствующие осадки и т.н.).
Сложнее формационный анализ субщелочных вулканогенных и интрузивных пород. На Урале субщелочной магматизм до настоящего времени изучен слабо и односторонне. Внимание немногих его исследователей было сосредоточено в основном на островодужных субщелочных комплексах базальт-трахитовой формации. Между тем, продукты субщелочного магматизма выявлены практически на всех стадиях формирования Уральского складчатого пояса. Они характерны для внутриплитных обстановок, континентальных рифтов, тыловых участков барьерных зон островных дуг, шельфа задуговых морей, для окраинно-континентальных вулкано-плутоничес-ких поясов, их тыловых и фронтальных прогибов. Каждой геодинамической обстановке присущ свой тип субщелочного магматизма, который может использоваться как се индикатор. Рассмотрению и анализу субщелочного магматизма и посвящена предлагаемая работа.
-27-
1.3. О классификации и номенклатуре субщелочных пород
Предметом исследования в работе являются субщелочные магматические серии, формации, комплексы. В связи с неоднозначностью этих понятий в русской и англоязычной литературе, у представителей разных школ, необходимо дать некоторые пояснения, касающиеся особенностей классификации и номенклатуры магматических субщелочных пород, принятых при изложении материала.
Под магматическими сериями понимаются природные сообщества пород, характеризующиеся специфическими особенностями химизма и минерального состава, образовавшиеся при сходных физико-химических условиях и являющиеся продуктами эволюции единого исходного магматического расплава (Магматические..., 1987). Классическая триада магматических (петрохимических) серий - толеитовая, известково-щелочная и щелочная. В идеале все породы одной серии должны иметь постоянное отношение изотопов и некогерентных элементов-примесей, концентрации которых варьируют в рамках, ограниченных генетическими соотношениями. В действительности доказать генетическую связь пород одной серии не всегда возможно, в том числе и в связи с отсутствием необходимых геохимических данных. В этих случаях употребляется нейтральный термин - “ассоциация”.
В практической работе часто используется понятие “конкретная магматическая формация” - генетически взаимосвязанное сообщество магматических пород, образовавшееся на определенном отрезке геологической истории и характерное для конкретного геодинамического режима (Магматические..., 1987). Ее конкретным проявлением является комплекс - “конкретный парагенезис магматических пород, слагающий геологические тела в пределах определенного геологического пространства, обладающий общими особенностями состава и строения...” (Петрографический кодекс, 1995, стр. 34).
Магматические серии и формации, рассмотренные в работе, подразделялись на группы по кремнекислотности (содержанию Si02) в соответствии с Петрографическим кодексом (1995): ульграосновные - 30-45 %, основные - 45-53 %, средние -53-64 %, кислые - 64-78 % (для пород нормальной щелочности). При разграничении рядов магматических пород по содержанию щелочных металлов - нормальной, повышенной (субщелочные) и высокой щелочности (щелочные) - я использовал широко употребляемую в отечественной и зарубежной практике TAS-диаграмму (total alkali - silica) (рис. 2), на которой нижняя граница контура субщелочных магматитов соответствует появлению в модальном составе титансодержащего пироксена и биотита - в основных породах и заметному преобладанию щелочных полевых шпатов над плагиоклазом - в кислых: верхняя - появлению фельдшпагоидов и щелочных темно-цветных минералов (эгирина, рибекита, арфведсонита) в модальном составе пород (Классификация..., 1981; Магматические..., 1983).
Группы и ряды в совокупности образуют семейства (например, основные субщелочные породы...). Семейства в свою очередь подразделяются на виды но типу