ПЕТРОЛОГИЯ, 2013, том 21, № 2, с. 202-224
УДК 552.3+551.2422(470.5)
МАГМАТИЗМ ЭПОХИ ЗАКРЫТИЯ УРАЛЬСКОГО ПАЛЕООКЕАНА И ФОРМИРОВАНИЯ ПОДВИЖНОГО ПОЯСА: СОСТАВ, ОСОБЕННОСТИ ЭВОЛЮЦИИ, ИСТОЧНИКИ
© 2013 г. Г. Б. Ферштатер
Институт геологии и геохимии им. А.Н. Заварицкого УрО РАН Почтовый пер. 7, Екатеринбург, 620151, Россия; e-mail:fershtater@igg.uran.ru Поступила в редакцию 12.03.2012 г.
Получена после доработки 23.06.2012 г.
Выявлены главные закономерности эволюции Уральского палеозойского магматизма, связанного с закрытием океанического бассейна и сопровождающими это закрытие субдукцией, обдукцией и коллизией, и на этой основе предпринята попытка реставрировать геодинамический и тепловой режимы на разных стадиях геологического развития. Особенности вещественного состава пород, дискретность магматизма, отражающая изменение геодинамических обстановок, смена преимущественно мантийного по источнику магматизма (460—380 млн. лет) мантийно-коровым (360— 310 млн. лет), а последнего — коровым (290—250 млн. лет), чередование эпох маловодного и водного мантийного магматизма в интервале времени 460—380 млн. лет и водный тип последующего магматизма позволяют реставрировать тепловой режим орогена. На время массового маловодного базитового магматизма (460—430 млн. лет) температура области магмообразования в мантии составляла 1300—1100°С, во время преимущественно водного магматизма (425—400 млн. лет) — 1100— 900°С. Р-Т параметры водного анатексиса (360—310 млн. лет), продуктами которого были тоналиты и гранодиориты, составляли 7—9 кбар и 800 ± 50°С; они определяют максимальную температуру нижней коры. Следующий этап водного анатексиса тоналитов и гранодиоритов, приведший к массовому гранитообразованию (290—250 млн. лет), протекал при давлении около 5—6 кбар и температуре 700 ± 50°С. В случае адиабатического переноса тепла флюидом минимальные температуры верхней мантии Уральского надсубдукционного эпиокеанического подвижного пояса на глубине около 80 км можно предварительно оценить следующим образом: 450-425 млн. лет - 1300 ± 100°С, 425-400 млн. лет - 1100 ± 100°С, 375-250 млн. лет - 900 ± ± 100°С. Приведенные данные свидетельствуют о том, что температура верхней мантии и коры Уральского подвижного пояса была на 150-200°С ниже, чем в окружающих океанических и континентальных областях, что определяет принадлежность Урала к орогенам "холодного" типа по терминологии (Maruyama et al., 2007).
DOI: 10.7868/S0869590313020039
ВВЕДЕНИЕ
Цель статьи — изложить главные особенности магматизма Уральского эпиокеанического орогена, которые были выявлены в результате исследований последних лет, и рассмотреть возможности использования этих особенностей для анализа геодинамического и теплового режима подвижного пояса на протяжении его палеозойской истории, на разных стадиях закрытия Уральского палеокеана.
Урал представляет собой мировой эталон внут-риконтинентальных орогенов, образованных в результате закрытия океанического бассейна (Формирование..., 1986; Пучков, 2000, 2010; Brown et al., 2008), и его магматическая активность — это во многом ключ к пониманию не только природы орогена, но и к анализу его эндогенной активности и металлогении. Магматизму Урала посвящено огромное количество публикаций. Автор не ставил задачу дать обзор проблемы. В статье изложены ре-
зультаты авторских разработок последних лет, на основании которых сформулированы основные особенности магматизма Южного и Среднего Урала, информативные для понимания природы и закономерностей эволюции орогена.
Большая часть аналитических данных и методика их получения приведены в цитированных статьях автора. Новые изотопные датировки циркона выполнены на ионном зонде SHRIMP IIe/mc (лаборатория IBERSIMS, аналитики Ф. Беа и П. Монтеро, Университет Гранады, Испания). Описание процедуры измерений и обработки данных доступно на сайте www.ugr.es/~fbea.
КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МАГМАТИЗМА
Схема тектоно-магматического районирования Среднего и Южного Урала (рис. 1) отражает основные особенности современной структуры, увязанные с магматическими формациями. Веществен-
ные особенности магматитов, специфика их эволюции позволяют на геолого-петрологической основе показать геодинамическую природу тектонических подразделений и их возрастное положение. Более подробную геологическую характеристику главных структур Урала читатель найдет в работах, специально посвященных этому вопросу (Формирование..., 1986; Пучков, 2000, 2010).
Главный эволюционный тренд позднеордовик-ско—пермского магматизма Урала, развивавшегося дискретно (рис. 2), заключается в смене мантийного позднеордовикско—среднедевонско-го магматизма (460—380 млн. лет, дунит-клинопи-роксенит-габбровая, существенно габбровая и габ-бро-гранитоидная серии) позднедевонско—каменноугольным мантийно-коровым (365—310 млн. лет, габбро-тоналит-гранодиорит-гранитная (ГТГГ) серия), а последнего — коровым гранитным магматизмом пермского возраста (290—250 млн. лет, существенно гранитные серии). Соответствующим образом в ходе развития подвижного пояса меняется и состав главного магматического источника и его положения в разрезе верхней оболочки Земли. Очаг ведущего типа магматизма смещается с глубин 80—120 км (15—25 кбар) из мантийного клина до 20—30 км (5—8 кбар) в область коры. Суммируя геологические данные, особенности вещественного состава пород и их изотопные параметры, можно заключить, что преобладающим субстратом на разных стадиях эволюции палеозойского магматизма Урала был метасоматизированный мантийный клин (примерно до 380 млн. лет), затем — роговообманковые габброиды, продукты плавления этого же мантийного клина (365— 310 млн. лет), и, наконец, новообразованная молодая кора тоналит-гранодиоритового состава и фрагменты допалеозойского фундамента Уральского подвижного пояса (290—250 млн. лет).
Говоря о геодинамике палеозойского магматизма, следует заметить, что мантийный магматизм был обусловлен преимущественно субдукцией океанической и островодужной литосферы и сопряженной обдукцией (соответственно надсуб-дукционный и обдукционный типы), мантийно-коровый — субдукцией островодужной литосферы и коллизией, а коровый — преимущественно коллизией. В мантийных магматических комплексах многообразие пород обусловлено процессом кристаллизационной дифференциации преимущественно базитовой по составу магмы, в мантийно-коровых и коровых — комбинацией анатексиса и фракционирования.
Важная особенность эволюции базитового интрузивного мантийного магматизма заключается в смене маловодных существенно габбро-норито-вых серий водными роговообманковыми габброи-дами, которые образуют интрузивные залежи и дайковые поля в предшествующих габбро-нори-тах. В Платиноносном поясе Урала и-РЬ цирконо-
вый возраст кристаллизации лабрадоровых габб-ро-норитов, образующих крупные массивы, составляет около 440 млн. лет, а роговообманковых габбро — 425—420 млн. лет (Ферштатер и др., 2007). Примерно такой же разрыв во времени установлен между габбро-норитами Восточно-Хабарнинского массива и их роговообманковыми эквивалентами — 415 и 405—400 млн. лет соответственно (Ферштатер, Краснобаев, 2007; Пушкарев и др., 2008). Позднедевонско-пермские мантийно-коровые (надсбдукционные) и коровые (коллизионные) комплексы принадлежат водному типу. К первым относится большинство полиформационных и по-лихронных длительно формирующихся габбро-то-налит-гранодиорит-гранитных (ГТГГ) массивов. Они появляются одновременно с новой формой локализации интрузивов — ареальной, которая возникает в позднедевонское время и проявляется наряду с линейной. Формирование массивов от начала и до конца сопровождается водным базито-вым магматизмом, продукты которого — роговообманковые габбро и диориты — являются субстратом тоналитов и гранодиоритов. Последние, в свою очередь, представляют собой субстрат большинства крупных пермских гранитных массивов, иногда наряду с метаморфическими породами фундамента орогена.
Котектический анализ магматических пород позволяет примерно оценить условия магмообра-зования на разных этапах эволюции магматизма. "Сухие" (габбро-нориты) и "водные" (роговообманковые) габброиды разного возраста и из разных структурно-формационных зон Урала отвечают по валовому химическому составу двупирок-сен-плагиоклазовым котектикам при близком давлении, соответственно 15 и 14 кбар; оценки давления водного анатексиса, продуктами которого являются тоналиты и гранодиориты, составляют 9—7 кбар, а точки составов водных пермских гранитов соответствуют котектике при 5 кбар (Ферштатер, 1987; Ферштатер и др., 2010). Эти данные дают основание для оценки примерной минимальной глубины области мантийного маг-мообразования в 50—60 км, а корового — 35—20 км. Такие самые общие оценки подтверждаются и на примерах конкретных объектов. Ниже основные закономерности магматизма разного генезиса рассматриваются для основных структурных подразделений Урала, схематически изображенных на рис. 1.
НАДСУБДУКЦИОННЫЙ МАНТИЙНЫЙ МАГМАТИЗМ
Наиболее ранний магматизм Уральского ороге-на локализован в Тагильской мегазоне. Его продукты образуют Платиноносный пояс Урала (ППУ) и Тагильскую вулканогенную зону (рис. 1). В широтном сечении ППУ имеет зональное строение. Все сравнительно крупные дунитовые масси-
вы приурочены к западной части пояса, в средней части преобладают пироксенит-габбровые и габ-бровые массивы, к которым с востока примыкают габбро-гранитоидные серии — интрузивные члены вулканоплутонических формаций Тагильской вулканогенной зоны. Этот факт, давно известный и показанный на всех геологических картах Урала, отражает западную вергентность общей структуры и уменьшение в восточном направлении эрозион-
ного среза и глубинности становления интрузивных тел, что подтверждают и геофизические исследования (Дружинин и др., 1989).
В то же время изучение внутренней структуры массивов (Ефимов, 1984; Иванов, 1997) свидетельствует о преимущественно крутой до вертикальной ориентировке таких основных структурных элементов, как углы падения полосчатости, контактов отдельных тел, шлиров и т.д. Массивы за-
Рис. 1. Схема тектоно-магмат
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.