Russian Federation
Syktyvkar, Syktyvkar, Russian Federation
Russian Federation
UDK 550.9 Прочие вопросы
The trachytes of the Tsilemsky Kamen of Middle Timan are rocks of the Shoshonitic series. The rocks have a microporphyry structure with a bostonite groundmass. Trachytes contain two varieties of potassium feldspar. The laths of the groundmass are composed of igneous sanidine, and the small grains along the edges of subisometric late quartz segregations are composed of hydrothermal microcline. Dating of trachytes by the K-Ar method gave an age of 365±8 Ma; the intrusion of the alkaline dike occurred in the Late Devonian. These rocks, along with trap basalts, recorded the occurrence of several pulses of plume magmatism on Timan in Devonian time.
Middle Timan, trachytes, K-Ar age, plume
Введение
На Среднем Тимане довольно широко распространены позднепалеозойские породы основного состава (Тиманский кряж, 2010) нормальной щелочности, которые выделяются в составе трапповой формации (Макеев, 2008). Также на Среднем Тимане в составе как верхнедевонских стратифицированных толщ, так и секущих интрузивных тел известны щелочные разновидности пород, петрохимические характеристики которых соответствуют формации щелочных вулканитов (Макеев, 2008; Панева и др., 2016; Удоратина и др., 2019). Вулканиты и интрузии являются результатом проявления палеозойского внутриплитного магматизма (Степаненко, 2016) и фиксируют разновременные, на наш взгляд, плюмовые импульсы единого суперплюма. Возможность существования такого суперплюма для Восточно-Европейской платформы допускается и предполагается разделение суперплюма на несколько струй, сформировавших разрозненные внутриплитные магматические провинции (Малышев, Шипилов, 2002; Лобковский и др., 2004). Связка трапповой формации и формации щелочных вулканитов позволяет говорить о перспективах поисков новых алмазоносных кимберлитовых трубок в данном районе.
В 70-х годах прошлого века при проведении геофизических работ были выявлены слабомагнитные аномалии субизометричной формы. При проверке этих аномалий в одном из тел (трубка Умбинская) была вскрыта кимберлитовая туфобрекчия, в которой был найден осколок алмаза. На данный момент это единственная находка коренных алмазов в трубках на Среднем Тимане, хотя россыпные алмазы в этом районе являются установленным фактом (Плякин, Ершова, 2011).
Целью исследования является определение петрографического, минералогического, химического состава и геодинамической типизации пород Цилемской дайки Среднего Тимана.
Методы исследования
Минеральный состав, структурные и текстурные особенности пород изучались в шлифах под поляризационным микроскопом Olympus BX51. Определение химического состава и получение картин дифракции обратнорассеянных электронов минералов проводились на сканирующем электронном микроскопе Tescan Vega 3 LMH с энергодисперсионной приставкой Instruments X-Max и с детектором EBSD Nordlys (Oxford Instruments). Исследования проводились в ЦКП «Геонаука» Института геологии Коми НЦ УрО РАН (г. Сыктывкар).
Определение возраста породы проводилось K-Ar-методом в лаборатории изотопной геохимии и геохронологии ИГЕМ РАН (г. Москва). Измерение содержания радиогенного аргона проводилось на масс-спектрометре МИ-1201 ИГ методом изотопного разбавления с применением в качестве трасера 38Ar; определение калия — методом пламенной спектрофотометрии. При расчете возраста использованы константы: lK = 0.581·10–10 год–1, lb– = 4.962·10–10год–1, 40K = 0.01167 (ат. % ) (Чернышев и др., 2006).
Вещественный состав пород
На Среднем Тимане достаточно давно известны ультракалиевые магматические породы (Мальков, 1999; Макеев и др., 2008; Колониченко, 2009; Удоратина и др., 2015; Udoratina et al., 2015, Udoratina et al., 2016, Куликова и др., 2017; Мяндин и др., 2018). Эти породы слагают дайки, трубки и межпластовые тела и имеют обычно основной состав (Удоратина и др., 2019). Отличаются более кислым составом дайка трахитов Четласского Камня верховья верхней Ворыквы и дайка трахитов Цилемского Камня правого притока реки Цильмы.
При проведении комплексных исследований на Среднем и Южном Тимане в 1984 году А. Р. Вильчиком была обнаружена дайка магматических пород, прорывающая среднедевонские аргиллиты, алевролиты, песчаники (Колониченко, Филлиппов, 2009). Дайка вскрыта близ устья реки Ашуга (правого притока реки Цильмы) (рис. 1). При описании порода была названа ортоклазитом и в первом приближении определена идентичной микроклиниту или бостониту верхней Ворыквы. Таким образом, точная номенклатура породы не была установлена.
Для исследований нам были переданы образцы этих пород, отобранные Е. В. Колониченко из закопушки размером 60 × 80 см.
Был изучен петрографический, минералогический и химический состав пород дайки. Петрографически порода является микропорфировым трахитом. Порода имеет кавернозную текстуру, микропорфировую с микролитовой основной массой структуру. Порфировые, как правило субизометричные, вкрапленники размерами от 0.2 до 1.55 мм в количестве не более 10 % и микролиты представлены калиевым полевым шпатом (рис. 2). Минерал вкрапленников частично пелитизирован и замещен мелкозернистым агрегатом цеолитов. Основная масса породы сложена разноориентированными удлиненными лейстами с неровными волнистыми краями калиевого полевого шпата (до 90 об. %), такую структуру принято называть бостонитовой. Лейсты калиевого полевого шпата размером от 0.2 × 1 до 0.1 × 0.3 мм часто формируют простые полисинтетические двойники. В интерстициях между крупными табличками калиевого полевого шпата наблюдается гидрослюда, заместившая стекло. Внутри гидрослюды, а также изредка внутри лейст полевого шпата наблюдаются иголки апатита. Акцессорные минералы представлены фторапатитом, субмикронными редкоземельными (легкие РЗЭ) фазами с цирконием. Рудные минералы в большинстве случаев формируют агрегаты в виде взаимопрорастаний оксидных Fe-Ti-минеральных фаз — титаномагнетита и ильменита. Анатаз (согласно рентгеноструктурным данным) образует кристаллы субгедральной, реже ангедральной формы, его содержание не превышает 3 об. %. В породе наблюдается кварц в сростках с полевым шпатом, заполняющий либо целые полости, либо их края (рис. 2, b, d). Развитие этих минералов фиксирует, на наш взгляд, гидротермальные изменения породы.
Предыдущими исследованиями установлено, что основным минералом породы является калиевый полевой шпат, методом порошковой дифрактометрии он определяется как санидин. В химическом составе калиевого полевого шпата отмечается устойчивое содержание оксида натрия до 2 мас. %, реже отмечается присутствие оксида бария (0.3—0.9 мас. %), железа (0.2 до 0.7 мас. %) (Удоратина и др., 2018). Нашими исследованиями установлено, что вкрапленники калиевого полевого шпата часто замещены агрегатом шамозита, мусковита и цеолита (рис. 3 и табл. 1). Эти же минералы заполняют интерстиции между микролитами полевого шпата. При проведении рентгенофазовых исследований методом дифракции отраженных электронов (EBSD) были установлены два типа калиевого полевого шпата, кристаллизовавшегося при затвердении расплава (санидин) и на стадии постмагматической гидротермальной переработки породы (микроклин). Санидин образует лейсты (рис. 4, a, b) основной массы породы, а микроклин развивается в виде тонкой каймы в краевых частях кварцевых обособлений (рис. 4, а, с). К сожалению, порфировые вкрапленники калиевого полевого шпата не были исследованы из-за их полного замещения вторичными минералами.
Для внутриплитного магматизма, фиксирующего плюмовый процесс, широко известна смена трапповых базальтов щелочными породами шошонитовой серии —трахитами и фонолитами, что хорошо изучено на примере вулканитов Cеверной Эфиопии (Hagos et al., 2010).
Петрохимически изученные породы дайки Цилемского Камня соответствуют трахитам шошонитовой серии (рис. 5, табл. 2). По сравнению с фонолитами вулканического поля Эфиопии (Hagos et al., 2010), которые формировались также позже траппов на севере Восточно-Африканской рифтовой зоны, трахиты Тимана являются более калиевыми породами.
Изучение состава элементов примесей трахитов Цилемского Камня (табл. 3) показало, что породы Среднего Тимана обеднены редкоземельными элементами и элементами ряда Nb, Ta, La, Ce, по сравнению с фонолитами вулканического поля Эфиопии (рис. 6, а, б), кроме Pb, Th и U. Повышенное содержание Pb, Th и U объясняется присутствием в породе редкоземельных фаз с цирконием.
Возраст позднепалеозойских магматических пород Среднего Тимана
Н. А. Малышевым и Э. В. Шипиловым в 2002 г. было сделано обобщение по геодинамической эволюции северо-востока Европейского кратона и выделены девонские магматические импульсы. Для Канино-Тиманской гряды ими отмечается магматизм около 375 млн лет (поздний девон), который связывается с активным рифтингом, проявленным в результате подъема обширного плюма (Малышев, Шипилов, 2002).
К настоящему времени для трапповой формации Тимана Ar-Ar-методом установлен возраст 389 ± 8 млн лет (Удоратина и др., 2014), что соответствует среднедевонскому времени.
Нами было проведено определение возраста K-Ar-методом по образцу трахита Цилемского Камня Среднего Тимана (валовая проба). Были получены следующие параметры: калий (%) ± s = 8.34 ± 0.09; 40Arрад (нг/г) ± s = 234.0 ± 0.7; в образце 40Arвозд (%) = 4.9. Возраст составляет 365 ± 8 млн лет, что соответствует позднедевонскому времени.
Ранее для дайки трахитов Четласского Камня верховья верхней Ворыквы Среднего Тимана K-Ar-методом был получен возраст 270—280 млн лет (Мальков, 1999), и Ar-Ar-методом — 292 млн лет (Удоратина и др., 2016).
Выводы
Трахиты Цилемской дайки имеют микропорфировую с бостонитовой основной массой структуру. Преобладающим минералом является калиевый полевой шпат.
Установлены две разновидности калиевого полевого шпата. Лейсты основной массы трахита сложены магматическим санидином, а мелкие зерна по краям субизометричных выделений позднего кварца — гидротермальным микроклином, образовавшимся на постмагматической стадии.
Породы трапповой формации Тимана формировались в среднедевонское время (389 ± 8 млн лет). Внедрение трахитов происходило в течение довольно продолжительного периода — начало соответствует позднему девону (365 ± 8 млн лет), а наиболее поздние известные на данный момент события относятся к ранней перми (292 млн лет).
Таким образом, позднепалеозойские вулканические породы — трапповые базальты и трахиты Тимана — фиксируют проявление нескольких импульсов плюмового магматизма.
1. Kolonichenko Ye. V., Filippov V. N. Small sulfide ores of the Middle Timan). Vestnik IG Komi SC UB RAS, 2009, No. 3, pp. 10-13. (in Russian)
2. Kulikova K. V., Udoratina O. V., Makeyev B. A., Savel'yev V. P. Petrographic and mineralogical characteristics of ultrapotassic rocks in the lower parts of basalt bodies (Southern Timan). Proc. of the All-Russian scientific conference with international participation. Syktyvkar, IG Komi SC UB RAS, 2017, pp. 99-101. (in Russian)
3. Lobkovskiy L. I., Nikishin A. M., Khain V. Ye. Sovremennyye problemy geotektoniki i geodinamiki (Modern problems of geotectonics and geodynamics). Moscow: Nauchny mir, 2004, 612 p. (in Russian)
4. Makeev A. B., Lebedev V. A., Brianchaninova N. I. Magmatites of the Middle Timan. Yekaterinburg: UB RAS, 2008, 348 p. (in Russian)
5. Malkov B. A. Gertsinsky bostonite complex of the Middle Timan. Geology of the European North of Russia. Proceedings of the Institute of Geology of the Komi SC UB RAS. Issue 103, Syktyvkar, 1999, No. 4, pp. 43-47. (in Russian)
6. Malyshev N. A., Shipilov E. V. Geodynamic evolution of European north-east in Devonian. Vestnik IG Komi SC UB RAS, November 2002, No. 11 (95), pp. 2-4. (in Russian)
7. Myandin A. S., Udoratina O. V., Smoleva I. V. Oxygen and carbon isotopic composition of carbonates of alkaline basalts (Southern Timan). Proceedings of the 3rd All-Russian (18th) Youth Scientific Conference «Youth and Science in the North» (in 2 volumes). Volume II. (Syktyvkar, Komi Republic, Russia, 2018). Syktyvkar, 2018, pp. 76-77. (in Russian)
8. Olovyanishnikov V. G. Geological development of the Northern Timan and the Kanin Peninsula. Syktyvkar: Geoprint, 2004, 80 p. (in Russian)
9. Paneva A. A., Kulikova K. V., Burtsev I. N. Intraplate Paleozoic magmatism of the Middle Timan. Petrology of igneous and metamorphic complexes. Issue 8. Proc. of the All-Russian petrographic conference with international participation. Tomsk: Publishing house of the Tomsk CNTI, 2016, pp. 224-230. (in Russian)
10. Plyakin A. M., Ershova O. V. History of the discovery and study of the Umbinsko-Srednenskoye polymineral deposit. Vestnik IG Komi SC UB RAS, 2011, No. 7(199), pp. 25-29. (in Russian)
11. Stepanenko V. I. Kanino-Timan-Pechora province of Late Devonian intraplate magmatism (position and size). Doklady Earth Sciences, 2016, V. 467, No. 5, pp. 572-575. (in Russian)
12. Timan Ridge. In 2 volumes. Editorial staff: L. P. Shilov, A. M. Plyakin, V. I. Alekseev, V. 1, History, geography, life: monograph. Ukhta: USTU, 2010, 339 p. (in Russian)
13. Udoratina O. V., Burtsev I. N., Kulikova K. V., Golubeva I. I. Timan ultrapotassium igneous complexes. Geology and mineral resources of the European North-East of Russia. Proc. of the 17th Geological Congress of the Komi Republic. Syktyvkar, 2019, pp. 104-106. (in Russian)
14. Udoratina O. V., Kulikova K. V., Varlamov D. A., Makeev B. A. Ultrapotassium rocks (Middle Timan, Tsilemsky Kamen). Petrology of igneous and metamorphic complexes. Issue 10. Proc. of the 10th All-Russian petrographic conference with international participation, Tomsk, Publishing house of Tomsk CNTI, 2018, pp. 380-383. (in Russian)
15. Udoratina O. V., Travin A. V., Kulikova K. V., Varlamov D. A. Evidence of the Early Permian pulse of ultrapotassium magmatism in the Middle Timan. Bulletin of the Moscow Naturalists. Department of Geology, 2016, V. 91, Issue 2-3, pp. 29-35. (in Russian)
16. Udoratina, O. V., Andreichev, V. L., Savatenkov, V. M., and Travin, A. V., Basalts of the Middle Timan: Rb-Sr, Sm-Nd, and Ar-Ar data. Geol. East of Russia: Proceedings of the 16th Geological Congress of the Komi Republic. Syktyvkar: IG Komi SC UB RAS, 2014, V. 2, pp. 128-131. (in Russian)
17. Udoratina O. V., Varlamov D. A., Kapitanova V. A., Ronkin Yu. L. Ultrapotassium rocks of the lower part of the Upper Vorykva basalt cover (Middle Timan). Vestnik IG Komi SC UB RAS, Syktyvkar, No. 2, 2015, pp. 17-22. (in Russian)
18. Chernyshev I. V., Lebedev V. A., Arakelyants M. M. K-Ar dating of Quaternary volcanics: methodology and interpretation of results. Petrology, 2006, V. 14, No. 1, pp. 69-89. (in Russian)
19. Hagos M., Koeberl C., Kabeto K., Koller F. Geochemical characteristics of the alkaline basalts and the phonolite -trachyte plugs of the Axum area, northern Ethiopia //Austrian Journal of Earth Sciences. 2010. V. 103. № 2. pp. 153-170.
20. Sun S., McDonough W. F. Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: implications for mantle composition and processes // Magmatism in the ocean basins / Eds. A. D. Saunders, M. J. Norry. Geol. Soc. London, Spec. Publ., 1989, v. 42, pp. 313-345.
