Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2023, T. 511, № 2, стр. 198-205

ВВЕДЕНИЕ

В предлагаемой работе поставлена задача изучения поведения разных по петрографическому и химическому составу пород в зоне долгоживущего крупного разлома в земной коре. В процессе изучения метаморфических пород, представленных плагиогранитогнейсом и амфибол-биотитовым плагиогнейсом, были определены РТ-условия фиксирующих метаморфические преобразования минералов в этих породах и проведено сравнение результатов таких преобразований в разных породах, находящихся в одинаковых условиях при тектонических воздействиях. Объектом исследования был выбран центральный участок Приморского разлома в Западном Прибайкалье (рис. 1). В ходе проведенных полевых работ производился отбор образцов пород, слагающих главный коллизионный шов по профилям, расположенным перпендикулярно направлению разлома. Приморский разлом является долгоживущим, период его становления охватывает длительный интервал времени от позднего протерозоя до настоящего времени, в течение всего этого периода первичные породы претерпевали многоэтапные динамо-метаморфические и физико-химические преобразования [8], однако по данным большого числа исследователей ([1, 3, 9, 11] и др.) хронологический интервал всех надежно датированных (U–Pb-метод по циркону) наиболее интенсивных метаморфических и магматических событий в пределах Ольхонского террейна охватывает период от ∼510 до ∼460 млн лет. При этом нередко оценки возраста метаморфических событий и эпизодов магматических проявлений оказываются тесно сближенными [10].

Рис. 1.

Геологическая карта участка исследования Приморского разлома (по ВСЕГЕИ, 1960 г.): Четвертичная система. 1 – Современный отдел; 2 – Средний и верхний отделы нерасчлененные; 3 – Нижний отдел; Протерозойская группа. Нижний протерозой. Сарминская серия. 4 – Иликтинская свита; Харгитуская свита. 5 – Верхняя подсвита; 6 – Средняя подсвита; 7 – Нижняя подсвита; 8 – Архейская группа. Святоносская толща. Чернорудская свита; 9 – Среднепротерозойские интрузии Озерского комплекса; 10 – Нижнепротерозойские интрузии Приморского комплекса; 11 – Приморский разлом; 12 – Точка отбора образца Б-21-25; 13 – Точка отбора образца Б-21-33.

Метаморфические преобразования пород в тектонически активных областях с определением метаморфических фаций и субфаций изучались многими исследователями [2, 4, 5], но особенности влияния коллизионных процессов, происходящих в одно время, на разные петрографические типы пород, недостаточно изучены. Поэтому цель нашей работы состояла в том, чтобы оценить РТ-условия локального метаморфизма породы в зоне Приморского разлома и показать, как проявлены метаморфические преобразования в породах разного химического состава. В ходе работы были произведены петрографическое описание пород, определение их химического состава, а также определение химического состава породообразующих и метаморфических минералов. Полученные данные дали возможность оценить РТ-параметры метаморфизма пород, при которых происходило образование метаморфических минералов и определить, какие фации метаморфизма сохранились в разных типах пород при воздействии на них тектонических процессов, происходивших в близких по времени событиях в зоне коллизионного шва, сочленяющего Сибирский кратон и Ольхонский террейн. Петрографическими исследованиями установлено, что центральная часть коллизионного шва в районе реки Хорга сложена бластокатаклазитами по плагиогранитогнейсам, сопрягающимися с катаклазитами по амфибол-биотитовым плагиогнейсам. По химическому составу плагиогранитогнейс относится к “кислым” породам, а амфибол-биотитовый плагиогнейс к “более основным”, тем не менее, как в плагиогранитогнейсах, так и в амфибол-биотитовых плагиогнейсах были выявлены новообразованные метаморфические минералы групп граната и эпидота, образовавшиеся, по всей вероятности, в процессе последних коллизионных событий в районе главного коллизионного шва Приморского разлома во временном интервале от ∼ 510 до ∼460 млн лет. Было установлено, что эти породы фиксируют разные стадии метаморфизма последних интенсивных тектонических событий. рис. 2–4

Рис. 2.

Бластокатаклазит по плагиогранитогнейсу, прозрачно-полированный шлиф Б-21-25: слева – фото при одном николе, справа – фото в скрещенных николях. Увеличение 20.

Рис. 3.

Катаклазит по амфибол-биотитовому плагиогнейсу, прозрачно-полированный шлиф Б-21-33: слева – фото при одном николе справа – фото в скрещенных николях. Увеличение 20.

Рис. 4.

Химический состав плагиоклазов, граната и эпидота в метаморфических породах центральной части Приморского разлома: а) плагиоклазы; б) эпидот; в) и г) гранаты.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Метаморфические породы объекта в районе реки Хорга изучались оптическими, электронно-микроскопическими и химическими методами. Для петрографического изучения пород были изготовлены прозрачно-полированные шлифы, по которым проводилось определение минерального состава и петрографического типа пород. Эти исследования проведены с помощью поляризационного микроскопа NICON Polarizing ECLIPSE 50i POL в проходящем и отраженном свете. Электронно-микроскопические исследования образцов выполнены на сканирующем электронном микроскопе JSM-5610LV (Япония) в отраженных электронах (ВSE COMPO), отображающих контраст в зависимости от среднего атомного номера элемента. Электронный микроскоп оснащен энергодисперсионным аналитическим спектрометром INCA-Energy 450 (Великобритания), который позволяет проводить качественный и полуколичественный анализ с рельефных образцов, и количественный анализ с полированных образцов для определения всех элементов тяжелее “C”. Химический состав породообразующих и метаморфических минералов определялся методом рентгеноспектрального микроанализа (РСМА) на электронно-зондовом анализаторе “JEOL”-8200. Химический состав пород изучен методом рентгено-флуоресцентного анализа (РФА). Определение концентрации главных оксидов и некоторых микроэлементов в пробах выполнено методом рентгеноспектрального флуоресцентного анализа (XRF) на вакуумном спектрометре последовательного действия (с дисперсией по длине волны), модель Axios mAX производства компании “PANalytical” (Нидерланды). Спектрометр снабжен рентгеновской трубкой мощностью 4 кВт с Rh-анодом. Максимальное напряжение на трубке 60 кВ, максимальный анодный ток 160 мА. Оценка РТ-параметров метаморфизма проводилась методом мультиминеральной термобарометрии (метод TWEEQU [15] с использованием взаимно согласованных термодинамических данных [7, 12, 14–16], которые сведены в электронную базу данных DEC06, адаптированную для расчетов этим методом. Расчет термодинамических характеристик слюд проводился с учетом корректировки соотношения Fe²⁺/Fe³⁺ в их кристаллохимических формулах (CM3). Состав эпидота учитывался с помощью введения активности Czo в предположении об идеальности твердого раствора эпидота и смешения Fe³⁺ и Al только на двух из трех октаэдрических позиций в структуре, что соответствует выражению a_Сzo = [(Al–1)/(Al–1 + Fe)]². В образце 25 a_Сzo = 0.48; в образце 33 a_Сzo = 0.37. Для расчета равновесий с участием слюд и клиноцоизита активность Н₂О во флюиде условно принята равной 1, хотя в реальных условиях эта величина может быть существенно ниже. Все расчеты и построение линий моновариантных равновесий проводились с использованием программ win TWQ_–v234 (автор Р. Берман) и приложений к TWQ_–view TWQ_–comb (автор Д.В. Доливо-Добровольский). Примеры термобарометрических оценок приведены на рис. 5 и 6.

Рис. 5.

Линии моновариантных равновесий для эпидотизированных гранат-биотитовых хлорит-амфиболовых сланцев (обр. Б-21-33). Номера соответствуют уравнениям минеральных равновесий: 1) Alm + Phl = Prp + Ann; 2) 3Eas + + 2Alm = 2Prp + 3Sid; 3) Qtz + 4cZo = Grs + 5An + 2H₂O; 4) 3Sid + 6Qtz + 2Grs + Alm = 3Ann + 6An; 5) 6Qtz + 2Grs + + 3Eas + Alm = Ann + 6An + 2Phl; 6) 3Alm + 3Eas + 2Grs + 6Qtz = 2Prp + 6An + 3Ann; 7) 3Sid + 6Qtz + Prp + 2Grs = = 2Ann + 6An + Phl; 8) 6Qtz + Prp + 2Grs + 3Eas = 6An + 3Phl; 9) 3Sid + 6Qtz + 3Prp + 2Grs = 2Alm + 6An + 3Phl.

Рис. 6.

Линии моновариантных равновесий для эпидотизированных гранат-биотитовых плагиогранитогнейсов (обр. Б-21-25). Номера соответствуют уравнениям минеральных равновесий: 1) Alm + Phl = Prp + Ann; 2) Qtz + 4cZo = = Grs + 5An + 2H₂O; 3) Pg + 2Qtz + 2cZo = 4An + Ab + 2H₂O; 4) 3Sid + 6Qtz + 2Grs + Alm = 3Ann + 6An; 5) 3Sid + 6Qtz + Grs = = 2Ann + 3An + Ms; 6) Alm + Grs + Ms = 3An + Ann; 7) 2Alm + Grs + 3Ms = 3Sid + 6Qtz + 3An; 8) 2Alm + 2Ms + Phl = = 3Sid + 6Qtz + Prp; 9) Prp + Ms + Grs = 3An + Phl.

ПЕТРОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОРОД

Бластокатаклазит по плагиогранитогнейсу (образец Б-21-25). Крупные (до 3мм) порфиробласты плагиоклаза погружены в матрикс, состоящий из перетертого слюдистого материала и тонко гранулированного кварца. По полевым шпатам развиты эпидот, гидрослюды и гранат. В матриксе также отмечено образование рассеянных и очаговых скоплений кристаллов эпидота и граната. Минеральный состав, %: кварц – 45; полевые шпаты – 28; эпидот – 10; амфибол – 5; биотит – 2; гранат – 10. На рис. 2 иллюстрируется фрагмент плагиогранитогнейса, в центральной части которого располагается крупный вкрапленник плагиоклаза, по которому развивается соссюрит и гранат; он окружен матриксом тонкогранулированного кварца, в межзерновом пространстве которого выделяется эпидот.

Катаклазит по амфибол-биотитовому плагиогнейсу (образец Б-21-33), который в процессе метаморфических преобразований изменен до хлорит-амфиболового сланца, который затем подвергся динамическому воздействию с образованием матрикса, состоящего из гранулированного кварца, раздробленного полевого шпата, биотита. В матриксе отмечаются выделения тонкозернистого эпидота (0.01–0.1 мм) и более крупных (0.1–0.15 мм) кристаллов граната; кварц гранулирован и находится в тонком срастании с серицитом и биотитом; матрикс перемят во взаимно перпендикулярных направлениях, полевые шпаты в нем замещаются эпидотом; гранат отмечается по всей площади шлифа (рис. 3). Амфибол замещается хлоритом и биотитом, агрегаты этих минералов образуют лентообразные выделения, обусловливающие сланцеватость. Минеральный состав, %: кварц – 38; полевые шпаты – 7; амфиболы – 10, хлорит – 25, гранат – 15, биотит – 3, эпидот – 2.

Исходя из химического состава, порода обр. Б-21-25 относится к области “кислых” пород (граниты), а порода, представленная обр. Б-21-33, к “более основным”. Эти породы слагают центральную часть Приморского разлома на участке Хорга и при тектонических подвижках, происходивших в указанное выше время, находились в близких термодинамических условиях.

В процессе работы был изучен химический состав породообразующих и метаморфических минералов в этих породах, который показал, как новообразованные эпидот и гранат различаются по химическому составу, в зависимости от типа породы, в которой они образовались (рис. 4).

По химическому составу плагиоклазы разделяются на две группы: в плагиогранитогнейсе содержание An находится в пределах 3.39–13.02 (Ab_{86.14–96.17}An_3.39-13.03Or_0.33–1.05), а в амфибол-биотитовом плагиогнейсе – значительно увеличивается содержание анортитовой компоненты до 20 (Ab_{79.28–98.27}An_{13.51–20.23}Or_0.28–3.36) (рис. 4 а). Соответственно, химический состав эпидота в образце Б-21-25 (плагиогранитогнейс) более глиноземистый и менее железистый по сравнению с образцом Б-21-33 (амфибол-биотитовый плагиогнейс) (рис. 4 б). Гранаты, образовавшиеся в плагиогранитогнейсе, преимущественно отличаются высоким содержанием гроссулярового и спессартинового миналов (рис. 4 в, г), в то время как в гранатах по афибол-биотитовому плагиогнейсу преобладает альмандиновый минал. Кроме того, как в той, так и в другой породе присутствуют гранаты, очень близкие по химическому составу, образуя обособленную группу. В приложении представлены таблицы полного химического состава плагиоклазов, биотита и граната из плагиогранитогнейса (обр. Б-21-25) и амфибол-биотитового плагиогнейса (обр. Б-21-33), данные из которых были использованы при расчете РТ-условий метаморфизма в этих породах. Табл. 1

ТЕРМОБАРОМЕТРИЧЕСКИЕ ОЦЕНКИ МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ПОРОД

Для термобарометрических оценок было выбрано два образца, отобранных из разных по петрографическому составу пород: обр. Б-21-25 – плагиогранитогнейс; Б-21-33 – хлорит-амфиболовый сланец, содержащих в небольшом количестве мусковит и эпидот. Оба образца характеризовались однородной текстурой и равновесными срастаниями главных породообразующих минералов без явных признаков коррозии или реакционного взаимодействия.

В образце Б-21-33 практически все комбинации минералов переменного состава – биотита и граната демонстрируют удовлетворительное пересечение линий моновариантных равновесий. В этих равновесиях, как правило, участвуют только наиболее “основные” анализы плагиоклазов, соответствующие альбит-олигоклазу An = 10–16 мол. %. Равновесия с более “кислыми” плагиоклазами – альбитами не образуют хороших пересечений. Пересечение линий равновесий для одной из характерных комбинаций составов приведено на рис. 5. По всей совокупности анализов получен интервал оценок Р = 9.0–13.5 кбара, Т = 560–630°С. Однако равновесия с участием эпидота (например, равновесие (3)) смещено в более низкотемпературную область от области пересечения линий минеральных равновесий, в которых эпидот не участвует (более чем на 150°С). Уменьшение активности воды в системе приводит к еще большему смещению равновесия (3) в низкотемпературную область. Следовательно, такое расположение линий минеральных равновесий может указывать на то, что эпидот в данной породе не равновесен с гранатом, биотитом и плагиоклазом. Вероятно, что эпидот мог сформироваться в этой породе при низкотемпературных преобразованиях главного гранат-биотит-плагиоклазового парагенезиса.

В образце Б-21-25 ситуация совершенно иная. В большинстве комбинаций из составов минералов – граната, биотита и плагиоклаза – не обнаруживается даже удовлетворительного пересечения линий моновариантных равновесий в локальной области. Следовательно, мы можем предположить, что равновесие в этой породе было нарушено при протекании каких-то более поздних процессов; первичные составы минералов не сохранились. Однако наиболее железистые разновидности биотита и граната образуют линии равновесий с участием эпидота и мусковита, сходящиеся в локальной области. Хорошее пересечение наблюдается только при достаточно кислом составе плагиоклаза, соответствующего альбиту – An = 5–9 мол. % (рис. 6). По всей совокупности комбинаций составов, показавших хорошие пересечения линий моновариантных равновесий, был получен интервал оценок Р = 8–10 кбар и Т = 440–450°С. Линии минеральных равновесий с участием эпидота, мусковита и воды хорошо ложатся в точку пересечения линий минеральных равновесий других (безводных) минералов. При этом активность воды в системе задавалась равной 1.00. Следовательно, мы можем предполагать, что рассматриваемая минеральная ассоциация сформировалась под действием существенно водного флюида.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе установлено, что в разных по петрографическому и химическому составу породах, находящихся в близком контакте друг с другом и подвергшихся близким динамическим воздействиям, сопровождающимися повышением температуры и давления, сохраняются разные уровни метаморфических преобразований. Исходя из результатов, полученных при изучении серии из двух шлифов, можно сказать, что в данном метаморфическом комплексе наблюдалось два события метаморфического минералообразования. Первое событие – вероятно, региональный метаморфизм – отвечает амфиболитовой фации метаморфизма умеренной температуры и повышенного давления, пограничной с эклогитовой фацией (согласно сетке фаций метаморфизма С.А. Бушмина и В.А. Глебовицкого [4, 5]). Этому cобытию отвечает ассоциация гранат + биотит + + плагиоклаз (олигоклаз An 10–16), представленная в образце Б-21-33. В этом образце минералы новообразованной ассоциации, содержащей эпидот, взаимно не равновесны. Возможно, это является следствием незавершенности метаморфических реакций минералообразования. Второе событие отвечало самой низкотемпературной области эклогитовой фации (парагонит-кианит-цоизитовой субфации), пограничной с фацией зеленых сланцев. В ходе второго события происходило изменение составов главных минералов: биотит и гранат становились более железистыми, а состав плагиоклаза приближался к альбиту. Кроме того, в равновесии с этими минералами сформировались новые минералы – эпидот и мусковит. Минералы, отвечающие второму событию, сформировали взаимно равновесную ассоциацию только в более кислых породах – гранат-биотитовых плагиогнейсах. Достаточно высокобарический уровень второго события позволяет предполагать, что в этой области был устойчив не эпидот, а его высокобарическая разновидность – цоизит, который впоследствии заместился более железистым эпидотом при выводе комплекса на менее глубокие уровни коры.

Установленные два метаморфических события могли развиваться как в одном цикле метаморфизма, так и принадлежать к разным циклам. В первом случае мы можем интерпретировать эту последовательность как остывание метаморфического комплекса на глубине нижней-средней коры. Во втором – как низкотемпературную эпидотизацию и мусковитизацию более древних высокобарных и высокотемпературых метаморфических комплексов в условиях повторного метаморфизма в зоне Приморского разлома.