ПЕТРОЛОГИЯ, 2004, том 12, № 3, с. 281-302
УДК 552.321.5:550.4:551.2(470.22)
РИТМИЧЕСКАЯ РАССЛОЕИИОСТЬ КИВАККСКОГО ТИПА: ГЕОЛОГИЯ, ПЕТРОГРАФИЯ, ПЕТРОХИМИЯ, ГИПОТЕЗА
ФОРМИРОВАИИЯ
© 2004 г. Я. В. Бычкова, Е. В. Коптев-Дворников
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова 119992 Москва, Ленинские горы, Геологический ф-т, Россия; e-mail: ekoptev@geol.msu.ru Поступила в редакцию 12.05.2003 г.
Установлены закономерности строения и получены количественные характеристики контрастной ритмической расслоенности в Киваккском интрузиве (расслоенности киваккского типа). Ритмическая расслоенность в Киваккском интрузиве представлена контрастным чередованием меланократо-вых и мезо-лейкократовых слоев мощностью порядка первых метров (метровая расслоенность). Метровая расслоенность выдержана по простиранию на расстояния, соизмеримые с размерами интрузива. Сопряженные меланократовые и мезократовые слои имеют разный набор кумулятивных фаз. Первые являются бронзитовыми кумулатами, вторые - бронзит-плагиоклазовыми, реже брон-зит-плагиоклаз-авгитовыми кумулатами. Границы между слоями резкие, но фациальные. "Ритмические единицы" имеют двучленное строение, в том числе и тогда, когда мезократовый слой представлен трехминеральным кумулятивным парагенезисом (без промежуточного двуминерального кумулата). Более фракционированные мезократовые кумулаты могут быть расположены ниже в разрезе, чем менее фракционированные (например, трехминеральные кумулаты занимают в расслоенной толще среднее положение). Предложена многослойно-суспензионная понятийная модель формирования контрастной расслоенности киваккского типа, допускающая построение на ее основе численной системной проверяемой модели.
Ритмическая расслоенность мафит-ультрама-фитовых и щелочных плутонов относится к самым загадочным проявлениям магматической эволюции. К проблеме ее формирования можно относиться двояко. С одной стороны, это пусть и интересная, но частная проблема образования расслоенных интрузивов - далеко не самых распространенных объектов в земной коре. С другой стороны, значение самих расслоенных интрузивов для петрологии отнюдь не пропорционально их распространенности. К ним следует относиться как к самым глубинным магматическим образованиям, в которых можно непосредственно наблюдать результаты магматической эволюции in situ. Выводы о механизмах формирования расслоенных интрузивов можно распространить и на процессы в камерах под вулканами, недоступных для наблюдений. С этих позиций генетическая концепция, которая, помимо общих закономерностей строения расслоенных интрузивов, способна объяснить и происхождение ритмичности, может претендовать на ведущую роль в учении о магматической эволюции в целом. Одновременно механизм формирования ритмической расслоенности является важной прикладной проблемой, поскольку в расслоенных интрузивах рудные горизонты, обогащенные хромитом или титаномаг-нетитом, или благородными металлами, как пра-
вило, являются членами ритмически расслоенных пачек пород.
Главная генетическая проблема ритмической расслоенности - на фоне монотонного остывания и кристаллизации интрузива отыскать реалистичный с физической и физико-химической точек зрения процесс, который приводил бы к формированию многократно повторяемой последовательности слоев пород, отвечающих различным, не всегда последовательным стадиям фракционирования материнской магмы.
Сложность проблемы усугубляется тем, что характеристики самого феномена весьма непостоянны. В обобщающей работе (КавЫпё, МеВ1г-пеу, 1996) подчеркивается, что такие параметры индивидуальных слоев или последовательности слоев, как мощность и протяженность, особенности границ между слоями, вертикальные и латеральные вариации в пределах слоев и взаимоотношения с соседними слоями, весьма изменчивы. Также весьма переменны модальные пропорции, размеры зерен, состав минералов, состав пород в целом и структуры пород в слоях и вмещающих их породах. Такие широкие вариации особенностей пород делают невероятным предположение о том, что все или даже большинство известных расслоенных магматических комплексов форми-
ровались в результате действия единственного механизма. По-видимому, этим обстоятельством обусловлено то, что число конкурирующих гипотез формирования ритмической расслоенности подбирается к двум десяткам (их обзор и анализ выполнены в двух обобщающих работах (Яро-шевский, 1970; Каз1ипё, МеЫгпеу, 1996)). Отсюда следует два вывода. 1. Искать решение проблемы следует на путях построения численной проверяемой модели процесса. 2. Непродуктивно сразу искать общее решение, вначале нужно провести детальные петролого-геохимические исследования расслоенности на конкретном массиве, выбрать наиболее правдоподобную генетическую гипотезу и на ее основе построить количественную модель для данного конкретного случая. Преимущество такого подхода заключается в обеспечении разрабатываемой численной модели наиболее информативным и достоверным верификационным материалом.
В качестве объекта исследований мы выбрали Киваккский оливинит-норит-габбро-норитовый расслоенный интрузив. Выбор предопределен изученностью его вертикального разреза от кровли до подошвы (Лавров, 1979; Коптев-Двор-ников и др., 2001), что делает возможным исследование ритмической расслоенности в контексте основных закономерностей его внутреннего строения. Существенным аргументом в пользу этого объекта явилась его доступность и удовлетворительная обнаженность (с учетом наземных горных выработок, выполненных ЮКЭ ПГО "Севзапгеология" по профилям вкрест простирания расслоенности).
ГЕОЛОГИЯ И ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ КИВАККСКОГО МАССИВА
Киваккский интрузив расположен в Северной Карелии на северо-западном берегу оз. Пяозеро. Он входит в Олангскую группу расслоенных пе-ридотит-габбро-норитовых интрузивов, являющуюся частью субширотной полосы базит-гипер-базитовых массивов. Эта полоса приурочена к сети глубинных разломов и протягивается от западной границы России через Финляндию до Швеции (рис. 1). Вмещающие породы представлены мигматизированными биотитовыми и ам-фиболовыми гнейсами, гранитогнейсами и грано-диоритогнейсами верхнего архея. По отношению к вмещающим породам интрузивы дискордант-ны. Они обладают внутренней структурой и первичной магматической расслоенностью.
Интрузив представляет первоначально вертикальный опрокинутый конус с рассчитанной высотой оси 3.9 км (Хворов и др., 2000; Коптев-Дворников и др., 2001). Во вторичном залегании ось имеет наклон около 40° на северо-запад. Верхние 2000 м вертикального разреза вскрыты
эрозией, а нижняя часть конуса, сложенная предположительно монотонными оливинитами, не обнажена.
Возраст массива по изотопным определениям составляет 2420 ± 23 млн. лет (Бш-Кё метод) и 2444 ± 1 млн. лет (и-РЬ метод) (Семенов и др., 1995).
В вертикальном разрезе Киваккского плутона выделяются Верхняя и Нижняя приконтактовые зоны и Расслоенная серия, слагающая основной объем интрузива (рис. 2). В основу расчленения Расслоенной серии положен принцип кумулятивных парагенезисов, позволяющий установить порядок заполнения камеры твердой фазой. Снизу вверх в Расслоенной серии по набору кумулятивных фаз выделяются зоны оливинитов, норитов, габбро-норитов и габбро-норитов с пижонитом (рис. 3).
Нижняя приконтактовая зона сложена главным образом габбро-норитами. Ее мощность составляет не более 100 м. Снизу вверх по разрезу наблюдается порядок смены парагенезисов (от габбро-норитов к оливинитам) обратный Расслоенной серии. Породы Верхней приконтактовой зоны сильно эпидотизированы, их мощность не превышает 50 м.
Оливинитовая зона залегает в основании Расслоенной серии. Преобладающим кумулятивным минералом в зоне является оливин. Мощность составляет 400 м. В верхних 50 м заметную роль играет кумулятивный бронзит, осуществляющий переход к Норитовой зоне через переслаивание гарцбургитов и бронзититов (мощность переслаивания 20-30 м).
Норитовая зона достигает мощности 700 м. Она сложена норитами, различающимися по количественно-минеральному составу. В ее основании выделяется Подзона переслаивания бронзититов и норитов мощностью 400 м, в которой четко прослеживается ритмическая смена бронзититовых и бронзит-плагиоклазовых кумулятивных парагенезисов.
Выше по разрезу залегает Габбро-норитовая зона, сложенная в основном габбро-норитами (бронзит-плагиоклаз-авгитовыми кумулатами). Мощность зоны около 420 м.
Самым верхним подразделением Расслоенной серии является Зона габбро-норитов с пижонитом в качестве низкокальциевого пироксена. Ее мощность составляет 320 м. Слагающие ее породы мало отличаются по составу от нижележащих габбро-норитов, однако кумулятивный ортопи-роксен сменяется претерпевшим инверсию пижонитом. Верхние 50 м зоны сложены породами с повышенным содержанием титаномагнетита, биотита, калиевого полевого шпата, апатита, т.е. минералов, обогащающих остаточные расплавы при дифференциации базальтовых магм. Эти по-
я
м ч ч о а о
4
5 »
к> о о
/" // / / \ i s ( \ ] p
н < г и J к J и Россия
(%\ I * Л •e
J ¿Г/- s J ( ъ 1
П—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—Г
+ + + + + + + + + -ь^ + +" Ц- + + + + + + + + +
++++++++
Н—I—I—I—I—I—I—l-^h +++++++
f + + + + + + + + +
f + + + +
+ + + + + + + J- Hi - + + + + +,
+ + + +
b+ + + + + + + i^b +/, + + + + + + + +
b+++++++++ +++++++++
I- + + + + M+ + Ъ + + + +/Ш- +„ + + +/: + + +1 b + +
Рис. 1. Геологическая карта области развития северо-карельских расслоенных интрузивов. Составлена (Turchenko, 1992) по материалам финских геологов (Geological Map ..., 1987; Mafic dyke rocks ..., 1986; Alapieti, 1982) и государственных геологических карт СССР м-ба 1 : 200 ООО с использованием данных геофизических съемок.
I - посторогенные граниты (1.7-1.8 млрд. лет); 2 - дайки габбро-диабазов (>1.9 млрд. лет). Ятулийская группа (1.9-2.2 млрд. лет): 3 - силлы лейкодиабазов; 4 -кварциты, филлиты, сланцы, доломиты; 5 - основные вулканиты; 6 - серпентиниты; 7 - монцодиориты, граниты. Сумийско-сариолийская группа (2.2-2.5 млрд. лет): 8 - основные и кислые вулканиты, 9 - кварциты, кварц-полевошпатовые гнейсы, 10 - диориты, 1
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.