Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2021, T. 498, № 1, стр. 76-80

Орбикулярные перидотиты Полярного Урала: новые свидетельства магматической импрегнации в офиолитах

В. Р. Шмелев 1*, В. Г. Котельников 2, М. В. Червяковская 1

1 Институт геологии и геохимии Уральского отделения Российской академии наук
Екатеринбург, Россия

2 Всероссийский научно-исследовательский геологический институт им. А.П. Карпинского (ВСЕГЕИ)
Санкт-Петербург, Россия

* E-mail: shmelev@igg.uran.ru

Поступила в редакцию 28.12.2020
После доработки 26.01.2021
Принята к публикации 01.02.2021

Полный текст (PDF)

Аннотация

В офиолитах Войкарского массива (Полярный Урал) установлены перидотиты необычного орбикулярного строения, отнесенные к импрегнированному типу образований. Орбикулы этих пород сложены вторичным клинохлор-диопсидовым агрегатом, содержащим зерна первичного клинопироксена и паргасита. Морфология и состав орбикул позволяют относить их к сегрегациям (глобулам) расплава в оливиновой матрице перидотитов, испытавшим частичную кристаллизацию in situ. Согласно результатам геохимического моделирования, эти расплавы имели переходные к бонинитам характеристики, отвечающие надсубдукционным условиям. Формирование орбикулярных перидотитов было сопряжено с процессом блокировки межзерновых каналов миграции просачивающихся базальтоидных расплавов.

Ключевые слова: офиолиты, Войкарский массив, дуниты, орбикулярные структуры, импрегнация, “замороженные” расплавы

Горные породы с экзотической орбикулярной текстурой могут иметь различное происхождение, обусловленное неравновесной кристаллизацией и смешением расплавов, диффузией, реакционным взаимодействием и другими причинами [1]. Среди ультраосновных пород офиолитовых комплексов хорошо известны орбикулярные (нодулярные) дуниты и хромититы, образование которых соотносится с воздействием на мантийные перидотиты просачивающихся бонинитовых расплавов [2]. В офиолитах Полярного Урала [3, 4], наряду с ними, впервые было установлено присутствие отличных по составу и строению пород, названных орбикулярными перидотитами. Их детальное петрологическое изучение свидетельствует о первично магматической природе этих образований.

Орбикулярные перидотиты были обнаружены В.Г. Котельниковым в Войкарском офиолитовом массиве, в зоне контакта мантийных перидотитов с хромититами Кэршорского проявления и пород расслоенного клинопироксенит-габбрового комплекса (рис. 1). Более детальное изучение позволило установить, что эти породы образуют маломощные (первые метры?) прослои и шлирообразные обособления в дунитах, находящихся в основании расслоенного комплекса. Совместно с ними в разрезе присутствуют жило- и пластообразные тела плагиоперидотитов и троктолитов полосчатого и такситового строения. Ориентировка шлировидности в этих породах преимущественно конформна контакту с мантийными перидотитами.

Рис. 1.

Тектоническая схема офиолитовых массивов Полярного Урала (а) и фрагмент строения зоны контакта мантийных перидотитов и габбро Войкарского массива (б). а: 1 – палеозойские осадочные толщи; 2 – докембрийские (?) образования; 3 – мантийные перидотиты; 4 – дунит-клинопироксенит-габбровый комплекс; 5 – Собский габбро-диорит-тоналитовый комплекс (D1-3). ГУР – Главный Уральский разлом. б: индексы в кружках: дуниты переходного комплекса (Д), габбро (Г) и хромиты Кэршорского проявления (К). Залитые ромбы с номерами – положение орбикулярных перидотитов.

Вмещающие дуниты имеют гипидиоморфнозернистую структуру, образованную агрегатом крупных зерен оливина и акцессорного хромшпинелида. С появлением ксеноморфно-таблитчатых зерен (шлиров) клинопироксена и/или плагиоклаза они переходят в диопсидсодержащие дуниты и плагиоперидотиты без изменения структуры оливиновой матрицы. По плагиоклазу псевдоморфно развивается соссюрит; его замещения хлоритом [5, 6] с образованием зональных агрегатов не установлено. Орбикулярные перидотиты подобны вмещающим дунитам, отличаясь присутствием многочисленных (до 10–30% объ- ема породы) небольших (0.5–3 мм) округлых, эллипсовидных и ксеноморфных обособлений – орбикул (глобул) зонального строения, сложенных преимущественно вторичными минералами. В зависимости от положения в разрезе они характеризуются следующими особенностями строения.

В перидотитах западной (нижней) части разреза, находящихся вблизи контакта с мантийными ультрабазитами (рис. 1б, обр. 2214), преобладает относительно простое строение орбикул с ядром, сложенным мелкочешуйчатым (пятнистым) агрегатом хлорита с тонкими разноориентированными пластинками диопсида (рис. 2а). На границе с оливином ядро окружено узкой (50–80 мк) каймой поперечно-шестоватого диопсида в тонком срастании с хлоритом. В составе кайм также отмечаются участки, сложенные обычным диопсидом (рис. 2а), идентичным клинопироксену в матрице дунитов. Орбикулы нередко сливаются в более крупные обособления.

Рис. 2.

Микростроение орбикулярных перидотитов Войкарского массива (изображение в отраженных электронах). а – перидотит с орбикулой каплевидной формы, состоящей из хлоритового ядра с каймой вторичного диопсида и раннего клинопироксена (обр. 2214); б – перидотит с орбикулой футляровидного строения, выполненной диопсид-хлоритовой и клинопироксен-паргаситовой каймами; ядро образовано агрегатом эпидот-гроссуляр-клинохлорового состава (обр. 2009). Обозначения на рисунке: Ol – оливин, Chl – хлорит, Di – диопсид (вторичный), Cpx – клинопироксен (первичный), Hbl – амфибол (паргасит), Sp – шпинель, Ep, Gr – эпидот, гроссуляр.

В перидотитах восточной (верхней) части разреза, расположенных вблизи контакта с габброидами (рис. 1б, обр. 2209), картина строения усложняется появлением зональных орбикул с внешней тонкой хлорит-диопсидовой оторочкой, которая “сменяется” к центру каймой клинопироксена, а затем амфибола (паргасита); центральная часть орбикул сложена здесь агрегатом хлорита, эпидота, гроссуляра и серпентина (рис. 2б). Амфибол не только присутствует в диопсид-хлоритовом матриксе орбикул, но также образует включения в зернах шпинели.

Минералогия перидотитов характеризуется следующими особенностями. Оливин отвечает форстериту (Fo87–90), а ранний клинопироксен диопсиду (XMg = 91–94) с умеренными содержаниями глинозема (2.2–4.2%) и оксида хрома (0.4–1.3%). Вторичный диопсид орбикул более магнезиален (XMg = 94–97.5) и обеднен элементами примесями. Амфибол отвечает паргаситу с высокими содержаниями глинозема (12.8–13.8%). Плагиоклаз представлен битовнитом (An80–84), а хлорит магнезиальным клинохлором. Шпинель перидотитов относится к обычному умеренно глиноземистому (21–23% Al2O3) и магнезиальному (XMg = 40–60) типу. В орбикулярных разновидностях она является более низкохромистой (XCr = 37–45) и малотитанистой (0.05–0.35% TiO2), в сравнении со шпинелью дунитов и плагиоперидотитов. В целом шпинель демонстрирует пологий тренд вариаций составов, в отличие от шпинели с “бонинитовым” трендом в дунитах и жильных пироксенитах мантийной части разреза (рис. 3).

Рис. 3.

Состав шпинели в перидотитах расслоенного комплекса Войкарского массива. 1 – орбикулярные перидотиты, 2 – дуниты, 3 – плагиоперидотиты. Залитая область – поле составов шпинели в дунитах, клинопироксенитах и вебстеритах мантийного разреза офиолитов Полярного Урала [4, 7]. BON, IAB, MORB – состав шпинели в бонинитах, базальтах островных дуг и океанических базальтах по [8] соответственно. Пунктиром показан тренд вариаций составов шпинели.

В петрохимическом отношении орбикулярные перидотиты сопоставимы с диопсидсодержащими дунитами, обнаруживая невысокие содержания глинозема (1.25–2.34%), оксида кальция (0.7–1.79%) и стронция (4.6–7.0 г/т). Для них устанавливается пологий субхондритовый тип распределения РЗЭ. Плагиоперидотиты отличаются повышенным (30–60 г/т) содержанием стронция и положительной Eu-аномалией (рис. 4а).

Рис. 4.

Спектры распределения РЗЭ в породах, минералах (а) и модельных расплавах, равновесных с клинопироксеном и амфиболом перидотитов (б, в). Содержания нормированы к хондриту и базальту N-MORB [10]. а: 1 – клинопироксен в матрице дунитов и орбикулярных перидотитов, 2, 3 – клинопироксен и амфибол орбикул соответственно, 4 – дуниты (диопсидсодержащие), 5 – орбикулярные перидотиты, 6 – плагиоперидотиты. Концентрации элементов в породах определены методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP–MS) на установке ELAN 9000. Микроэлементный состав минералов определен методом лазерной абляции в Институте геологии и геохимии УрО РАН [11]. б: 1 – расплавы равновесные с клинопироксеном матрицы дунитов и орбикулярных перидотитов, 2, 3 – расплавы равновесные с клинопироксеном и амфиболом орбикул соответственно. I, II – области составов базальтов и бонинитов Войкарской офиолитовой ассоциации [12]. Модельные расплавы рассчитаны на основе коэффициентов разделения элементов [13]. в: мультиэлементная диаграмма с нормализацией содержаний к базальту N-MORB типа. Обозначения соответствуют рис. 4б.

Клинопироксен демонстрирует общее высокое содержание РЗЭ с положительным наклоном (LaN/YbN = 0.03–0.20) спектров распределения элементов. При этом первичный клинопироксен орбикул обнаруживает пониженный уровень средних и тяжелых лантаноидов; паргасит обладает подобным распределением РЗЭ (рис. 4а). В целом состав изученных клинопироксенов оказывается близок таковому в жильных дунитах, пироксенитах и породах расслоенной серии Войкарского массива [7, 9].

Геохимическое моделирование показывает, что редкоземельные составы расплавов, равновесные с клинопироксеном перидотитов, обладают сходством с составами океанических базальтоидов Войкарской офиолитовой ассоциации. При этом расплавы равновесные с клинопироксеном и амфиболом орбикул демонстрируют переходные к бонинитам характеристики (рис. 4б). В сравнении с N-MORB базальтами все модельные расплавы имеют повышенный уровень Rb, Ba, Th, Pb, Sr и пониженный Zr, что согласуется с надсубдукционной природой офиолитов Войкарского массива [4, 6, 12].

Проведенное изучение перидотитов переходной зоны Войкарского массива позволяет сделать следующие выводы.

(1) Орбикулярные перидотиты структурно конформны диопсидсодержащим дунитам и плагиоперидотитам, что свидетельствует о сопряженности их формирования. Они подобны жильным пироксенитам и габбро в подстилающих мантийных перидотитах массива, являясь, очевидно, как и последние, результатом магматической импрегнации субстрата под воздействием просачивающихся базальтоидных расплавов [7].

(2) Орбикулярные обособления относятся к гетерогенным образованиям, состоящим из хлорит-диопсидового “мезостазиса” с включениями зерен первичного диопсида и амфибола. Мезостазис не обнаруживает признаков замещения ранних минералов (например, плагиоклаза). Овальная морфология, плавные границы орбикул и элементы ранней зональности в них (клинопироксен-паргасит) позволяют рассматривать орбикулы как сегрегации (глобулы) расплава в оливиновой матрице, испытавшие частичную кристаллизацию in situ.

(3) Импрегнация перидотитов (дунитов) осуществлялась под воздействием MORB-подобных надсубдукционных расплавов, что подтверждается вариациями составов шпинели и результатами геохимического моделирования. Вместе с тем расплавы, равновесные с клинопироксеном и амфиболом орбикул, демонстрируют переходные к бонинитам характеристики состава (рис. 4б, 4в).

В целом орбикулярные перидотиты являются полигенными породами, возникшими при импрегнации дунитов переходного комплекса офиолитов проторасплавами и продуктами их кристаллизации. Присутствие орбикулярных сегрегаций необычно для перидотитов, но согласуется с данными о существовании “замороженных” расплавов (frozen melts) базитового состава в разрезах офиолитов [14]. Появление орбикул очевидно следует связывать с нарушением режима инфильтрации вследствие изменения состава, вязкости расплавов (при смешении) и их флюидонасыщенности. Благодаря этому происходила блокировка (закупорка) межзерновых каналов миграции с образованием “тромбов” (орбикул) расплава в оливиновой матрице. Низкотемпературный метаморфизм способствовал изменению состава и структуры орбикулярных перидотитов – проторасплав орбикул был преобразован в стекловатый диопсид-клинохлоровый мезостазис зонального строения, а оливин серпентинизирован. Определенное сходство с данным типом пород обнаруживают субвулканические ультрамафиты Платиноносного пояса Урала [15], однако в последних проторасплав, очевидно, имел интеркумулусную, а не импрегнационную природу.

Таким образом, в перидотитах Войкарского офиолитового массива на Полярном Урале впервые обнаружены свидетельства существования просачивающихся “замороженных” расплавов. Выделяемые орбикулярные перидотиты следует относить к особому типу импрегнированных расплавом пород в офиолитах, формирование которых было сопряжено с надсубдукционной обстановкой.

Список литературы

  1. Leveson D.J. //Geological Society of America Bulletin. 1966. V. 77. P. 409–426.

  2. González-Jiménez J.M., Griffin W.L., Gervilla F., et al. // Lithos. 2014. V. 189. P. 140–158.

  3. Савельева Г.Н. Габбро-ультрабазитовые комплексы офиолитов Урала и их аналоги в современной океанической коре // Тр. ГИН АН СССР. М.: Наука, 1987. Вып. 404. 246 с.

  4. Шмелев В.Р. // Петрология. 2011. Т. 19. № 6. С. 649–672.

  5. Ефимов А.А. Габбро-гипербазитовые комплексы Урала и проблема формирования офиолитов. М.: Наука, 1984. 212 с.

  6. Шарков Е.В., Чистяков, А.В., Лазько Е.Е. // Геохимия. 2001. № 9. С. 915–932.

  7. Batanova V.G., Belousov I.A., Savelieva G.N., et al. // J. Petrol. 2011. V. 52. № 12. P. 2483–2521.

  8. Pearce J.A., Barker P.F., Edwards S.J., et al. // Contrib. Mineral. Petrol. 2000. V. 139. P. 36–53.

  9. Pertsev A.N., Savelieva G.N., Simakin S.G. // Ofioliti. 2003. № 28. P. 33–41.

  10. Sun S.S., McDonough W.F. // Magmatism in the Ocean Basins. Geol. Soc. Sp. Publ. 1989. № 42. P. 313–345.

  11. Червяковская М.В., Червяковский В.С., Вотяков С.Л. // Ежегодник-2019. Тр. ИГГ УрО РАН. 2020. Вып. 167. С. 144–146.

  12. Estrada S., Henjes-Kunst F., Burgath K-P., et al. // Z. dt. Ges. Geowiss. 2012. V. 163/1. P. 9–42.

  13. Bedard J.H. // Contiib. Mineral. Petrol. 2001. V. 141. P. 747–771.

  14. Müller T., Koepke J., Garbe-Schönberg C.-D., et al. // Lithos. 2017. V. 272–273. P. 31–45.

  15. Ферштатер Г.Б., Пушкарев Е.В. // Зап. ВМО. 1990. Вып. 1. Ч. 119. С. 51–62.

Дополнительные материалы отсутствуют.