Россия
Россия
УДК 552.23 Классификация по химическому составу
В статье впервые приводятся детальные минералогические, петрографические и петрохимические исследования ранневендских габбро-долеритов бельской и ирлинской даек криволукского комплекса юго-восточной части Башкирского антиклинория. Установлено, что породы комплекса претерпели низкотемпературные изменения, вследствие которых темноцветные породообразующие минералы (амфиболы и пироксены) нацело заместились хлоритом. В габбро-долеритах отмечается повышенное содержание сульфатов стронция и бария. Геологическое положение и содержания P2O5 и TiO2 ставят под сомнение приуроченность даек у с. Кага к криволукскому комплексу.
криволукский комплекс, барит, целестин, долериты, дайки, магматизм
Введение
Проведенные геолого-съемочные работы и тематические исследования в 1968—1985 гг. на западном склоне Южного Урала значительно расширили и углубили представления об интрузивном магматизме этого региона, выявили его характерные особенности. Большой вклад в изучение позднедокембрийских магматических и метаморфических комплексов был внесён А. А. Алексеевым, который на основе формационного анализа предложил схему корреляции (Алексеев, 1981; 1984). Им же были составлены карты магматизма и метаморфизма западного склона Южного Урала. Магматизм западного склона Южного Урала приурочен к отрезкам активизации тектонических движений на границах седиментационных циклов (Алексеев, 1984; Князев и др., 2013; Ларионов и др., 2015).
Насыщенность интрузивными магматическими телами пород Башкирского мегаантиклинория возрастает с запада на восток (Князев, 2013; Ларионов, 2015). В этом же направлении повышается интенсивность изменений одновозрастных интрузий. Важная роль в размещении интрузивных комплексов принадлежит субмеридиональным зонам наиболее крупных разломов: Туканского, Караташского, Суранского, Лапыштинского, Зюраткульского (Алексеев, 1981; 1984). При определении времени формирования интрузивных комплексов учтена их общая геологическая позиция, взаимоотношения с вмещающими породами, присутствие в терригенных образованиях обломков интрузивных пород, данные абсолютного возраста, петролого-геохимические особенности и степень вторичных изменений. Несмотря на длительную историю изучения интрузивных тел, отнесение конкретных образований к тому или иному комплексу часто является проблематичным.
В восточной части Башкирского мегаантиклинория, в районе урочища Кривая Лука, вдоль долины р. Белая находится петротип криволукского габбро-долеритового комплекса. Породы петротипа всесторонне изучены.
В этой статье впервые приводятся детальные минералогические, петрографические и петрохимические исследования габбро-долеритов бельской и ирлинской даек юго-восточной части Башкирского антиклинория, относимых к ранневендскому криволукскому комплексу, с целью корреляции их с породами петротипа на урочище Кривая Лука.
Геологическое строение района
Район исследований расположен в юго-восточной части Башкирского мегаантиклинория, в долине р. Белая, и сложен породами верхнего рифея и венда, в 3 км восточнее находится граница с Зилаирским синклинорием (рис. 1). Район представлен зильмердакской, катавской, инзерской, миньярской свитами верхнего рифея и криволукской свитой венда. Верхнерифейский возраст рассматриваемых отложений устанавливается по своеобразному (третьему) комплексу строматолитов и микрофитолитов. По строматолитам в верхнем рифее выделяются три горизонта: 1) катавский с Inieria tjomusi Кry1, Iurusania cylindzica Кry1, 2) миньярско-подинзерский с Minjaria uralica Кry1, Jymnosolen ramrai Steinm, J. levis Кry1, Katavi karatavica Кry1, Conophyton miloradovici Rааb, и др.; 3) укский с Linella ukka (Стратиграфия…, 1983).
Зильмердакская свита (RF3zl) представлена терригенным материалом: разной степени зернистости песчаниками, гравелитами, в подчинённом значении алевролитами, аргиллитами и сланцами. Разделена на 4 подсвиты: бирьянскую, нугушскую, лемезинскую и бедерышинскую. Общая мощность свиты — 1400—1800 м.
Катавская свита (RF3kt) сложена известняками в западной части площади в виде широких (250—1500 м) полос в субмеридиональном направлении. Кроме того, катавские известняки распространены и в Восточно-Башкирской зоне, ими сложены небольшие антиклинальные структуры в Авзяно-Кагинской синклинальной зоне. Свита является хорошим маркирующим горизонтом благодаря своим весьма специфическим литологическим и структурно-текстурным особенностям (Алексеев, 1981).
Инзерская свита (RF3in) представлена песчаниками и сланцами. Породы слоистые, тонкополосчатые, имеют плитчатую отдельность и окрашены в пёстрые, красные, зелёные и бурые тона. Как литофациальное подразделение, инзерская свита весьма выразительна, хорошо отделяется от ниже- и вышележащих карбонатных толщ и служит картировочным и корреляционным репером. Мощность свиты 250—380 м.
Миньярская свита (RF3mn) слагает ядерную часть Авзяно-Кагинской синклинальной зоны, благодаря чему на площади изучения проявлена довольно широко. Сложена перекристаллизованными мелкозернистыми доломитами. Мощность свиты 450—700 м.
Криволукская свита (V1kr) распространена на ограниченной территории, представлена терригенными породами — песчаниками, алевролитами и аргиллитами, присутствуют редкие прослои зеленовато-серых сланцев. Мощность около 200 м.
Небольшие ранневендские интрузивные тела криволукского габбро-долеритового комплекса (V1k) локализованы в полях распространения катавской свиты верхнего рифея и криволукской свиты нижнего венда. Они развиты в восточной части Башкирского мегаантиклинория. Петротип комплекса расположен в районе урочища Кривая Лука, вдоль долины р. Белая и представлен межпластовыми силловыми телами мощностью до 60 м и дайками мощностью до 5 м (Алексеев, 1981, 1984). Силлы имеют симметрично-зональное строение: центральные части представлены средне-, крупнокристаллическими, в приконтактовых — тонко- и мелкокристаллическими и порфировыми структурами.
Ранневендский возраст пород комплекса на петротипе определяется по геологическому положению малых тел и радиоизотопным датировкам (рубидий-стронциевый метод — 660 млн лет) (Алексеев, 1981, 1984).
Объект и методы исследований
Объектом исследования являются габбро-долериты, слагающие небольшие тела (бельская и ирлинская дайки) в поле развития катавской свиты и относящиеся к криволукскому габбро-долеритовому комплексу у с. Кага.
Габбро-долериты отчётливо выделяются своим тёмно-зелёным цветом на фоне известняков катавской свиты (рис. 2). Вмещающие породы катавской свиты падают на восток (аз. пад. 80°) под углом 60°; азимут простирания даек 15°. На границе даек и вмещающих пород отсутствует зона закалки и какие-либо изменения.
Во время полевых работ нами были определены формы и размеры интрузивных тел, сделаны замеры элементов залегания и отобраны образцы для исследований.
Использованы методы оптической и электронной микроскопии. Из образцов были изготовлены петрографические шлифы и пластины, которые изучались под поляризационным микроскопом Zeiss Axioskop 40 в Институте геологии УФИЦ РАН. Электронно-микроскопические исследования и изучение состава минералов проводились в пластинах на сканирующем электронном микроскопе Tescan Vega 4 Compact c энергодисперсионным анализатором Xplorer 15 Oxford Instruments (ИГ УФИЦ РАН, Уфа). Обработка спектров производилась автоматически при помощи программного пакета AzTec One с использованием методики TrueQ. При съемке использованы следующие установки: ускоряющее напряжение 20 кВ, ток зонда в диапазоне 3—4 нА, время накопления спектра в точке — 60 секунд в режиме Point&ID.
Методом рентгенофлуоресцентного анализа в порошковых пробах определялся макроэлементный химический состав пород (спектрометр VRA-30, Carl Zeiss с рентгеновской трубкой с W-анодом (30—40 кВ, 40 мА) в ИГ УФИЦ РАН). Установлены содержания некоторых микроэлементов (Zn, Ni, Со, Сu, Pb, Сr, V, Sr, Rb, Zr, Ва), для большинства которых предел обнаружения составлял 0.001 мас. %.
Петрографическая характеристика пород
Габбро-долериты на макроуровне тёмно-зелёного цвета, присутствуют тёмные чешуйки хлорита. Породы обладают массивной текстурой. Ввиду карбонатизации при воздействии соляной кислоты начинают закипать. Местами видны кварцевые прожилки мощностью до 2 мм.
Были изучены две дайки — бельская и ирлинская. В целом по структурно-текстурным особенностям породы идентичны, за исключением некоторых особенностей. Так, зёрна минералов в габбро-долеритах и габбро ирлинской дайки имеют более крупные размеры, в породах наблюдаются участки с чётко выраженными идиоморфными лейстами плагиоклаза, размером фенокристаллов от 0.4 до 0.8 мм и с порфировидной структурой, минералы меньше затронуты наложенными процессами. Текстура пород — массивная, структура — порфировидная, офитовая (долеритовая) и габбровая (Андреева, 1985; Петрографический…, 2009; Практическая…, 2017).
Вторичные изменения затронули породы даек в достаточно сильной степени, так как темноцветные минералы (амфиболы и пироксены) были полностью замещены хлоритом (рипидолит и пикнохлорит). Интерференционные окраски хлорита весьма разнообразны — от фиолетового до тёмно-зелёного. Жилы кварца включают в себя мелкодисперсные сульфиды и магнетит. Породы подверглись карбонатизации. Акцессорные минералы представлены пиритом, халькопиритом, магнетитом, гематитом, рутилом, титанитом, апатитом, монацитом, цирконом, баритом и целестином.
Вмещающие породы представлены рассланцованными известняками катавской свиты верхнего рифея (RF3kt), обладают нетипичными текстурно-структурными особенностями: окварцованы (на рис. 3, а хорошо виден результат окварцевания), хлоритизированы (в целом прослои хлорита распространены параллельно слоистости), по своему внешнему виду и текстуре очень сильно отличаются от пород стратотипа западного крыла Башкирского мегаантиклинория (Алексеев, 1981, 1984).
В отличие от пород петротипа урочища Кривая Лука, исследуемые габбро-долериты претерпели более сильные вторичные изменения. По данным предыдущих исследователей, в петрографических шлифах присутствуют зёрна клинопироксена и обломки оливина, в то время как в габбро-долеритах даек бельской и ирлинской мы наблюдаем абсолютно полное замещение темноцветных минералов хлоритом (Алексеев, 1981, 1984).
Минералогическая характеристика пород
Впервые методом электронной микроскопии получена информация по составу породообразующих и акцессорных минералов из габбро-долеритов криволукского комплекса (рис. 4).
Плагиоклаз является одним из породообразующих минералов в габбро-долеритах. Он сохранил свою первичную структуру и представлен удлинёнными гипидиоморфными лейстами и таблитчатыми фенокристаллами. Плагиоклаз имеет следующий химический состав (мас. %): Na2O — 10.58—11.90, Al2O3 — 19.40—21.36, SiO2 — 66.28—70.99, CaO — 0.00—0.67, FeO — 0.00—0.69 (табл. 1). Исходя из данных химического анализа, плагиоклаз практически полностью альбитизирован.
Первичные темноцветные минералы (амфиболы и пироксены) нацело замещены хлоритом. Он образует сплошные массы и с окружающими минералами имеет неровные границы. Хлорит обладает следующим химическим составом (мас. %): MgO 13.07—18.14, Al2O3 19.34—22.02, SiO2 25.14—30.00, FeO 22.44—29.39 (табл. 2). Формульные коэффициенты в таблице 2 рассчитаны с помощью кислородного метода.
На классификационной диаграмме состава хлоритов большая часть попадает в поле рипидолита и небольшая часть — в поле пикнохлорита (рис. 4). Cогласно геотермическим вычислениям, рипидолит образовался при температуре 130—133 °С, а пикнохлорит — при температуре 133—138 °С (Lanari et al., 2014). Расчёты температуры образования хлорита проведены по формульным коэффициентам (табл. 2): T(Chlorite)(°C) = (172341/ – R*(ln)K—315.49) – 273.15, где R — универсальная газовая постоянная, равная 8.31451 Дж/моль*K.(ln)K — натуральный логарифм константы равновесия, который вычисляется по формульным коэффициентам и равен –13.50...–12.50 (Lanari et al., 2014).
Из сульфатов наиболее часто диагностируются барит и целестин (табл. 3), а также переходные разности между ними. Барит и целестин представлены отдельными ксеноморфными зёрнами, иногда образуют скопления размером до 0.12 мм. Являются вторичными минералами (рис. 5).
Из сульфидов развиты пирит и халькопирит (табл. 4). Пирит (Fe — 46.11—48.31 мас. %; S — 49.19—53.63 мас. %) обнаружен внутри магнетита. Среди зерен пирита встречается мышьяковистая разновидность с содержанием As 2.51 мас. %. Халькопирит имеет следующий химический состав (мас. %): Cu — 31.49—32.19, Fe — 32.39—32.77, S — 35.32—35.74.
Фосфаты представлены апатитом и монацитом (табл. 5). Апатит развит в виде гипидиоморфных вытянутых игольчатых агрегатов. Он имеет следующий химический состав (мас. %): СaO — 49.29—55.25, P2O5 — 39.64—42.51, Cl — 0.00—0.28, F — 3.29—4.30. Монацит представлен ксеноморфными зёрнами и их сростками.
Кальцит является вторичным минералом и развит равномерно по всему объёму породы. Он образует массивные скопления и имеет следующий химический состав (мас. %): CaO — 54.00, CO2 — 41.81. В кальците выявлены содержания примесей FeO (0.40 мас. %) и MnO (0.87 мас. %).
Кварц встречается в виде мелких и крупных (до 4 см) жил, секущих интрузивное тело. Содержит мелкодисперсные вкрапления пирита и магнетита. В химическом составе выявлено содержание примеси FeO (0.00—0.80 мас. %).
Магнетит присутствует в виде гипидиоморфных зёрен. В химическом составе выявлены содержания примесей V2O5 (0.13—0.35 мас. %) и TiO2 (0.12—1.55 мас. %).
Гематит широко распространён в виде ксеноморфных зёрен субизометричного и неправильного облика. В нем присутствуют примеси с содержанием CaO (0.00—0.74 мас. %) и SiO2 (4.02 мас. %).
Наиболее распространенным среди рудных минералов является титанит. В породе он распределен равномерно. Титанит не имеет свойственных ему кристаллографических очертаний, зерна чаще субидиоморфного и неправильного облика. В химическом составе выявлено содержание примесей Al2O3 (0.00—0.65 мас. %) и FeO (0.12—0.55 мас. %).
Рутил представлен в виде вытянутых зёрен субидиоморфного облика, обладает резкими и чёткими границами с окружающими минералами. В его химическом составе отмечаются содержания примесей CaO (0.44 мас. %), SiO2 (0.33 мас. %), FeO (0.22 мас. %), Al2O3 (0.29 мас. %).
Из акцессорных минералов присутствует циркон. Он образует мелкие ксеноморфные зёрна и находится в ассоциации с хлоритом и титанитом.
Петрохимическая характеристика пород
Петрохимическими особенностями пород петротипа являются: низкая кремнезёмистость, умеренная глиноземистость, титанистость и магнезиальность, пониженная железистость и несколько повышенная щёлочность. Несмотря на вторичные изменения, отмеченные выше петрохимические черты выдержаны и отражают первичные особенности пород рассматриваемого комлекса (Алексеев, 1981, 1984).
Габбро-долериты у с. Кага характеризуются повышенной кремнезёмистостью (46—49 мас. %) и щёлочностью Na2O + K2O (3.67—5.35 мас. %), высокой титанистостью (2.49—2.85 мас. %) (рис. 7), низкой и умеренной глинозёмистостью (13.96—15.98 мас. %) (рис. 8), повышенным содержанием P2O5 (0.79—1.11 мас. %) (табл. 6).
Для интерпретации палеогеодинамических обстановок формирования габбро-долеритов криволукского комплекса были использованы две диаграммы, построенные по породообразующим элементам и микроэлементам. Первая диаграмма — соотношение Zr/Y и Zr(ppm), вторая диаграмма — соотношение TiO2(мас. %) и Zr(ppm) (Pearce…, 1979). Фигуративные точки пород комплекса целиком попали в поле WPB (within-plate basalts) — внутриконтинентальных базальтов (Pearce …, 1979).
Содержания микроэлементов (Zn, Ni, Со, Сu, Pb, Сr, V, Y, Sr, Rb, Zr, Ва) эквивалентны кларкам этих микроэлементов в континентальных базальтах и долеритах (Marsh, 1987). Это наталкивает на противоречие: с одной стороны, породы комплекса довольно сильно изменены и испытали гидротермальное воздействие, как результат — несильно повышенные содержания стронция и бария относительно кларка для данного типа пород, с другой — кларки других элементов практически идентичны неизменённым породам континентальной рифтогенной формации.
Обсуждение результатов
Проведенные детальные минералогические, петрографические и петрохимические исследования ранневендских габбро-долеритов бельской и ирлинской даек криволукского комплекса показали, что породы претерпели низкотемпературные изменения, вследствие которых темноцветные породообразующие минералы (амфиболы и пироксены) нацело заместились хлоритом. В габбро-долеритах отмечается повышенное содержание сульфатов стронция и бария. Следует отметить, что в юго-восточной части Башкирского мегаантиклинория повсеместно распространено множество точек минерализации, которые связаны с гидротермальными растворами, содержащими барий и стронций.
На диаграмме AFM точки составов долеритов криволукского комплекса тяготеют к линии, разделяющей породы толеитовой и известково-щелочной серий.
На рис. 10 отчётливо видно, что, во-первых, присутствует тренд, а во-вторых, точки удалены от линии, разделяющей известково-щелочную и толеитовую серии, в отличие от диаграммы AFM на рис. 9. Наряду с альбитизацией плагиоклаза удалённость от линии, разделяющей толеитовую и известково-щелочную серии, свидетельствует о том, что натрий является привнесённым элементом.
Габбро-долериты северной части криволукского комплекса у с. Кага и урочища Кривая Лука сформировались в единой геодинамической обстановке внутриконтинентального растяжения в венде, однако у них есть некоторые петрохимические различия. На диаграмме ТАS (рис. 6) и на диаграмме рис. 10 прослеживается тренд дифференциации, что, скорее всего, связанно с единым магматическим очагом для пород описываемых даек. Разное содержание элементов (TiO2, MgO, Al2O3, сумма оксидов железа) также может быть связано с процессами дифференциации.
Недалеко от изученных даек, ниже по течению р. Ирля, находится отработанная россыпь, откуда добыли 5 кг золота мускульным способом. Можно предположить, что источником золота для россыпи были эти интрузивные тела, что требует более детальных исследований в будущем (Ларионов и др., 1985).
Выводы
Проведенные детальные минералогические, петрографические и петрохимические исследования ранневендских габбро-долеритов бельской и ирлинской даек криволукского комплекса показали, что породы претерпели низкотемпературные изменения, вследствие чего темноцветные породообразующие минералы (амфиболы и пироксены) нацело заместились хлоритом, образование которого происходило при температуре 130—138°. Помимо этого, вторичные изменения затронули и плагиоклаз, в результате чего произошла его полная альбитизация. С точки зрения петрографии породы урочища схожи с породами вышеуказанных даек.
Различия в содержаниях петрогенных оксидов (SiO2, Al2O3, TiO2, MgO) на первый взгляд могут указывать на иную природу бельской и ирлинской даек, однако при построении диаграмм везде отчётливо виден тренд, что указывает на дифференциацию. Исключение составляют содержания TiO2 и P2O5, где тренда не наблюдается. В породах комплекса отмечается различие в содержании микроэлементов: количество меди в габбро-долеритах у с. Кага в среднем ниже, а содержания хрома и циркония несколько выше, чем в породах петротипа. Схожее содержание стронция и бария в изучаемых породах у с. Кага и петротипе указывает на гидротермальное воздействие на постмагматическом этапе. Изучаемые и сравниваемые габбро-долериты имеют разное геологическое положение: породы петротипа залегают субсогласно и прорывают криволукскую свиту венда, а бельская и ирлинская дайки — исключительно в пределах катавской свиты верхнего рифея. В итоге мы имеем противоречивую ситуацию: тренды дифференциации, петрографические особенности и содержания микроэлементов свидетельствуют о том, что габбро-долериты у с. Кага относятся к криволукскому комплексу, а геологическое положение тел и кратные различия в содержании TiO2 и P2O5 ставят под большое сомнение приуроченность исследуемых тел к комплексу.
1. Алексеев А. А. Рифейско-вендский магматизм западного склона Южного Урала. М.: Наука, 1984. 136 с.
2. Алексеев А. А., Алексеева Г. В. Рифейско-палеозойские магматические формации, метаморфизм и эндогенное оруденение западного склона Южного Урала // Условия формирования и метаморфизм магматогенных комплексов Южного Урала: Научный отчёт. Уфа: ИГ БФ АН СССР, 1981. Том 1. 115 с.
3. Андреева Е. Д., Богатиков О. А. и др. Магматические горные породы. М.: Наука, 1985. Т. 3. 10-35 с.
4. Князев Ю. Г., Князева О. Ю., Сначев В. И., Жданов А. В. и др. Государственная геологическая карта Российской Федерации. Масштаб 1 : 1 000 000 (третье поколение). Серия Уральская. Лист N-40 - Уфа. Объяснительная записка. СПб.: Картографическая фабрика ВСЕГЕИ, 2013. 70 с.
5. Ларионов Н. Н., Бергазов И. Р. и др. Государственная геологическая карта Российской Федерации. Масштаб 1 : 200 000. Издание второе. Серия Южно-Уральская. Лист N-40-XXII - Тукан. Объяснительная записка. - М.: МФ ВСЕГЕИ, 2015. 56 с.
6. Ларионов Н. Н., Рудниченко В. П., Быкова Л. С. и др. Отчёт о геологическом доизучении в масштабе 1 : 50 000 по объекту «Авзянская площадь» 1979-85 гг. Уфа: ТГФ РБ, 1985.
7. Петрографический кодекс России: Магматические, метаморфические, метасоматические, импактные образования / Под ред. О. А. Богатикова, О. В. Петрова, А. Ф. Морозова; отв. ред. Л. В. Шарпенок. 3-е изд., испр. и доп. СПб.: ВСЕГЕИ, 2009. 200 с.
8. Практическая петрология: методические рекомендации по изучению магматических образований применительно к задачам госгеолкарт. СПб.: Изд-во ВСЕГЕИ, 2017. 16 с.
9. Стратотип рифея. Стратиграфия. Геохронология // Тр. ГИН АН СССР; вып. 377. М.: Наука, 1983. 183 с.
10. Hey M. H. A new review of the chlorites // Min. Mag, 1954. V. 30. P. 277-292.
11. Jensen L. S. A new cation plot for classifying subalkalic volcanic rocks. Miscellaneous, Ontario Department of Mines, 1976, 22 p.
12. Lanari P., Wagner T., Vidal O. A thermodynamic model for ditrioctahedral chlorite from experimental and natural data in the system MgO-FeO-Al2O3-SiO2-H2O: applications to P-T sections and geothermometry. Contributions to Mineralogy and Petrology, vol. 167, 2014, pp. 268-287.
13. Marsh S. Basalt geochemistry and tectonic discrimination within continental flood basalt provinces. Journal of volcanology and geothermal research, volume 32, Issues 1-3, 1987, pp. 35-49.
14. Pearce and Norry. Petrogenetic Implications of Ti, Zr, Y, and Nb Variations in Volcanic Rocks. Contrib. Mineral. Petrol. 69, 1979, 37 p.
