Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2021, T. 501, № 2, стр. 132-138

В Кемпирсайском аллохтоне представлен полный разрез офиолитовой ассоциации [1, 12]. Он облекает западное крыло и южную периклиналь Эбетинской антиформы зоны Уралтау, сложенной вулканогенно-осадочными и терригенно-кремнистыми толщами венда и раннего-среднего палеозоя, сформированными на континентальной окраине [11] (рис. 1). Аллохтон смят в синформу, в ядре которой находится дунит-гарцбургитовый комплекс, структурно ниже которого на крыльях залегают мафит-ультрамафитовые комплексы, испытавшие метаморфизм гранулитовой и последующей амфиболитовой фации [2–5, 11]. Метаморфизм амфиболитовой фации проявлен в подстилающих аллохтон толщах венда и нижнего-среднего палеозоя. На севере Кемпирсайский аллохтон структурно связан с Хабарнинским офиолитовым аллохтоном, некоторые комплексы которого имеют сходство с кемпирсайскими.

Рис. 1.

Кемпирсайский и Хабарнинский аллохтоны в структуре Южного Урала, составлено с использованием изданных геологических карт масштаба 1:200 000, а также по [5, 13] с дополнениями и изменениями (а), схема Мамытского сегмента Кемпирсайского аллохтона (б) и геологический разрез по линии А–Б (в) по данным авторов. 1 – флиш и граувакки верхнего девона-карбона; 2 – кембрийско-позднедевонские комплексы пассивных и конвергентных окраин нерасчлененные; 3 – ордовикско-девонские комплексы конвергентных окраин; 4 – палеозойские комплексы под мезозойско-кайнозойским чехлом; 5 – акчуринская толща (нижний-средний девон) и сакмарская свита (нижний силур-нижний девон) нерасчлененные, кремни, известняки, углеродистые сланцы; 6 – дергаишская свита (нижний силур), базальты, кремни, известняки; 7 – губерлинская свита (средний-верхний ордовик), туфы риолитов; 8 – кидрясовская свита (нижний ордовик), песчаники, алевролиты; 9 – лушниковская свита (венд), вулканогенные породы дифференцированой серии; 10 – метаморфизованные офиолитовые комплексы габбро и долеритов (мамытский, куагачский, кокпектинский комплексы нерасчлененные); 11 – мамытский комплекс, амфиболиты, гранатовые амфиболиты; 12 – кокпектинский дунит-троктолит-габбровый комплекс; 13 – точки вне масштаба ксенолитов метаморфических пород куагачского комплекса (по такситовым габбро с дайками долеритов) и кокпектинского комплекса (по троктолитам), 14 – восточно-хабарнинский дунит-верлит-клинопироксенит-габброноритовый комплекс; 15 – дунит-гарцбургитовый комплекс; 16 – шлиры хромититов; 17 – ареал амфиболитового метаморфизма в породах вендского и палеозойского разрезов; 18 – тектонические контакты: Главный уральский разлом (а), прочие (б); 19 – точка отбора пробы на абсолютный возраст и ее номер. Римскими цифрами и буквами обозначены структуры: I – Зилаирский прогиб, II – Сакмарский аллохтон, III – зона Уралтау, IV – Эбетинская антиформа, V – Присакмаро-Вознесенская зона, VI – Магнитогорская мегазона; офиолитовые массивы (аллохтоны): Х –Хабарнинский, К – Кемпирсайский, Кок – Кокпектинский. Прямоугольниками показано положение Куагачского (1) и Мамытского (рис. 1б) сегментов Кемпирсайского массива. На врезке черным прямоугольником показано положение территории рис. 1а.

Задачей проведенных исследований являлось установление возраста метаморфических преобразований пород в подошве Кемпирсайского аллохтона. Возраст определялся по цирконам U–Pb-методом (SHRIMP II) в ЦИИС ВСЕГЕИ (г. Санкт-Петербург).

Представительные разрезы метаморфических комплексов обнажены в Куагачском и в Мамытском сегментах Кемпирсайского аллохтона (см. рис. 1а) [2–5, 11]. По положению в структуре и составу ниже дунит-гарцбургитового комплекса выделяются кокпектинский, куагачский, мамытский и восточно-хабарнинский (ВХК) мафит-ультрамафитовые комплексы.

Неметаморфизованные породы кокпектинского дунит-троктолит-габбрового полосчатого комплекса распространены в структуре одноименного массива на юго-западе Кемпирсайского аллохтона [1] (см. рис. 1а).

Куагачский комплекс мезо- и лейкократовых изотропных и такситовых габбро-амфиболитов распространен в Куагачском сегменте аллохтона [2–5]. Комплекс сопровождается роями и пакетами долеритовых даек, сходными по составу с вмещающими габбро. Ширина выхода комплекса не превышает 1 км. Комплекс тектонически налегает на альбит-актинолитовые метабазальтовые сланцы с реликтами подушечного строения (дергаишская свита (?) нижнего силура). Вблизи перекрывающего восточно-хабарнинского комплекса габбро-амфиболиты превращены в мигматизированные гранатовые амфиболиты с шириной выхода до 250 м.

Мамытский комплекс распространен, в основном, в одноименном сегменте Кемпирсайского аллохтона, представленного здесь меридионально вытянутой синформой (рис. 1 Б). Фрагмент разреза метаморфических пород на крыльях и северном замыкании синформы представлен меланократовыми гранатовыми амфиболитами с клинопироксеном и габбро-амфиболитами. На северной центриклинали синформы мигматизированные гранатовые амфиболиты с тектоническим контактом залегают выше ордовикских (?) метатуфов с гранатом и сине-зеленой роговой обманкой, а на западном крыле – на альбит-актинолитовых метабазальтовых сланцах нижнего силура (?) и имеют ширину выхода 250–600 м. В Куагачском сегменте гранатовые амфиболиты мамытского комплекса образованы по габброидам даек, прорывающих такситовые габбро-амфиболиты куагачского комплекса. В Мамытском сегменте вблизи контакта с перекрывающими породами восточно-хабарнинского комплекса гранатовые амфиболиты мамытского комплекса содержат линзовидные ксеноблоки (ксенолиты?) мощностью до 60 м мезо- и лейкократовых метагаббро куагачского комплекса, и метатроктолитов кокпектинского комплекса (см. рис. 2б).

Рис. 2.

Спайдер-диаграммы составов, нормализованных к хондриту (а) и примитивной мантии (б) по (Sun, McDonough, 1989) для метаморфических пород в подошве Кемпирсайского аллохтона. 1 – мамытский комплекс, гранатовые пироксен-содержащие амфиболиты; 2–3 – куагачский комплекс: 2 – габбро-амфиболиты, 3 – гранатовые амфиболиты; 4 –метатроктолиты кокпектинского комплекса.

В разрезе восточно-хабарнинского комплекса, петротипический разрез которого описан в структуре Хабарнинского аллохтона [7, 10], в Куагачском сегменте и на крыльях синформы Мамытского сегмента присутствуют тонкопереслаивающиеся дуниты, верлиты, клинопироксениты, габбронориты. Ширина выхода комплекса составляет 350–800 м.

Породы перечисленных комплексов сближены в структуре, внешне очень сходны, но имеют существенные различия по составу.

Меланократовые гранатовые амфиболиты мамытского комплекса, из которых выделены датированные цирконы, это породы с порфиробластовой структурой. Зерна граната окружены вытянутыми кристаллами амфибола, плагиоклаза, в редких случаях ксеноморфными кристаллами моноклинного пироксена. По составу гранатовые амфиболиты соответствуют пикробазальтам и базальтам, с натриевым типом щелочности. Породы принадлежат толеитовой серии с TiO₂ = 1.7–3.0%; Al₂O₃ = 10.1–12.1%; F = FeO*/(FeO* + + 1.37MgO) = 0.5–0.6; (La/Yb)n = 1.6–1.7 (рис. 2).

Метагабброиды куагачского комплекса по составу отвечают пикробазальтам и базальтам с натриевым типом щелочности с TiO₂ = 0.8–1.1%; Al₂O₃ = 15–17%; F = 0.4–0.5; (La/Yb)n = 0.4–0.7.

Лейко- и мезократовые габбро и троктолиты кокпектинского комплекса превращены в клиноцоизит-амфибол-пироксеновые породы с порфиробластами граната, корунда, Cr-ставролита, сфена, сапфирина. Состав габброидов соответствует пикробазальтам и базальтам. Метатроктолиты имеют TiO₂ = 0.1–0.55%, Al₂O₃ = 17–26%, F = 0.2–0.5. Они в значительной степени обеднены РЗЭ, (La/Yb)_n = 0.3–1.0, с положительной Eu-аномалией (Eu/Eu* = 1.1–2.7) и отрицательной Ta–Nb- аномалией.

Габбро и габбронориты дунит-верлит-клинопироксенит-габброноритового восточно-хабарнинского комплекса отличаются от описанных выше метагабброидов повышенным содержанием К, Rb, Sr, при умеренной глиноземистости, низком содержании TiО₂, с дифференцированным спектром РЗЭ и высоким La/Yb-отношением [10].

Пиковая ассоциация гранатовых амфиболитов с реликтами клинопироксена мамытского комплекса по гранат-пироксеновому термометру и барометру [6, 15] характеризуется параметрами Т = 790°C и Р = 12 кбар, отвечающими гранулитовой фации, с последующей декомпрессией при Т = 770° и Р = 7.4 кбар и охлаждением при Т = = 660°C и Р = 7.3 кбар, соответствующих условиям амфиболитовой фации. Минеральные парагенезисы метатроктолитов кокпектинского комплекса включают высокомагнезиальный гранат и ортопироксен с низким содержанием Al₂O₃ (1.2–1.9%), что позволяет оценить параметры давления, соответствующие 14–16 кбар, при температурах 700°–750°С. Пиковые минеральные парагенезисы метатроктолитов типичны для высокобарических гранулитов. Присутствие в породах сапфирина позволяет предполагать и более высокие температуры. По данным [5] температура образования метаморфических парагенезисов в Мамытском сегменте достигала 1000°С.

На восточном крыле синформы Мамытского сегмента Кемпирсайского аллохтона из гранатовых амфиболитов мамытского комплекса в точке 1884 (50°32′37.2 с.ш., 58°26′01.0″ в.д.) (см. рис. 1 Б) была взята проба весом 5 кг, из которой были выделены 0.01 г кристаллов циркона. Цирконы бесцветные, прозрачные, округлой изометричной многогранной формы, на CL-изображениях лишены зональности. Морфология и внутренняя структура цирконов свидетельствуют об их метаморфической природе и принадлежности к так называемому “гранулитовому” типу. По-видимому, цирконы сформированы при пиковых параметрах метаморфизма пород. Средневзвешенная U–Pb-оценка возраста цирконов составляет 392 ± 4 млн лет и отвечает среднему девону (рис. 3, табл. 1).

Рис. 3.

Диаграмма с конкордией и CL-микрофотографии цирконов для гранатовых пироксен-содержащих амфиболитов мамытского комплекса (проба 1884). На фотографиях номера точек соответствуют номерам анализов в табл. 1.

Из амфиболитов на юге Кемпирсайского массива ранее были выделены цирконы, подобные вышеописанным, U–Pb (La–ICP–MS)-возраст которых соответствует 410 ± 6 млн лет [14]. Значения возраста около 411–423 млн лет получены разными методами для гранатовых амфиболитов и кристаллических сланцев гранулитовой фации в обрамлении ВХК в подошве Хабарнинского аллохтона (см. рис. 1 А) [9, 10]. Считается, что гранулитовый метаморфизм связан со становлением восточно-хабарнинского комплекса [9, 10]. Значения изотопного возраста разных пород ВХК и его комагматов варьируют в интервале 412–363 млн лет [10]. В подстилающих ВХК амфиболитах Хабарнинского аллохтона отмечается регрессивная эволюция метаморфизма и связанные с амфиболитовой стадией возрасты 389–397 млн лет [10].

Сходные с описанными в Кемпирсайском районе метабазитами комплексы распространены в зоне ГУР и в связанных с ним офиолитовых аллохтонах, где образование высокотемпературных и высокобарических парагенезисов связывается с эволюцией мантийного диапира [8].

Возраст метаморфических цирконов 392 ± 4 млн лет близок к возрасту пикового метаморфизма распространенных севернее в зоне Уралтау эклогитов в UHP максютовском комплексе (388 ± 4 млн лет), образованном при коллизии дуга-континент [16].

Совмещение комплексов океанической литосферы и континентальной окраины, наблюдаемое в Хабарнинском и Кемпирсайском аллохтонах, связывается с обдукцией. По времени с обдукцией совпадает начало проявления мантийного магматизма, обусловленного подъемом мантийного диапира и представленного ВХК, и гранулитовый метаморфизм [10]. Приведенные выше ранне- и среднедевонские оценки возраста магматических пород ВХК и проявления метаморфизма в подошвах Кемпирсайского и Хабарнинского аллохтонов обусловлены, вероятно, длительностью аккреционно-коллизионных процессов на континентальной окраине, при которых происходила эволюция изотопных систем магматических и связанных с ними метаморфических комплексов.