Уральская полевая геологическая практика

1. Плутоногенные образования

1.1. Чашковский массив автохтонных гранитоидов

Чашковский массив расположен в юго-западной части Сысертско-Ильменогорской зоны, у границы с Магнитогорской мегазоной. В плане он вытянут в меридиональном направлении на 16 км; ширина массива максимальна в южной части и достигает 3.5 км (рис.1.2). В рельефе Чашковскому массиву соответствует низкогорная одноименная гряда, в северной части разделяющая старую часть г. Миасс и Ильменское озеро. Массив достаточно хорошо обнажен, вскрыт многочисленными мелкими карьерами на строительный материал. Отдельные элементы массива четко дешифрируются на АФС масштаба 1:12 500. С запада массив ограничен круто падающей на восток Миасской зоной разрывных нарушений, входящей в зону Восточномагнитогорского шва.

Рис. 1.2. Чашковский массив гранитогнейсов (по В.Н. Юрецкому, 1982г., с изменениями)

Контакты Чашковского массива на юге и востоке - согласные с вмещающими метаморфическими толщами, на севере он распадается на ряд апофиз и выклинивается на широте северного берега Ильменского озера. В породах массива отчетливо проявлены плоскостные текстуры (гнейсовидность), в большинстве случаев ориентированные субмеридионально, согласно общему простиранию массива; линейность проявлена неотчетливо. Направление падения гнейсовидности свидетельствует о том, что северная часть массива с глубиной сужается (плоскостные текстуры падают под массив), а южная расширяется (текстуры

падают в сторону вмещающих пород). На основании этих данных можно предположить, что глубина эрозионного среза Чашковского массива увеличивается с юга на север (рис.1.3). По геофизическим данным,

вертикальная мощность массива составляет всего лишь 0.7-1.5 км, но эти данные недостаточно достоверны из-за близких петрофизических характеристик вмещающих пород и гранитоидов. Магнитное поле над массивом спокойное (Za=0-100 нТл); западная граница массива трассируется линейными положительными аномалиями интенсивностью до 1000 нТл, связываемыми с серпентинитами Миасской тектонической зоны (рис. 1.2).

Рис. 1.4. Скиалит биотит-амфиболовых сланцев и птигматитовые жилы ...

Итак, Чашковский массив представляет собой линейно вытянутый купол (вал), "шарнир" которого полого погружается к югу. Происхождение такой структуры, как и большинства гранитогнейсовых куполов, вероятно, связано с ограниченным по вертикали диапиризмом реоморфизованного гранитизированного метаморфического

Рис. 1.3. Схема строения Чашковского гранитогнейсового массива (Борисенок и др., 2000)

субстрата, менее плотного, чем вмещающие толщи. Вместе с тем меридионально вытянутая форма массива, согласная с простиранием большинства уральских структур, очевидно, обусловлена общим субширотным сжатием при позднепалеозойской коллизии. Структурные исследования позволяют также выявить сдвиговые деформации вязкого течения (рис.1.4).

Рис. 1.5. Порфиробластовые гранитогнейсы ("очковые мигматиты") Чашковского массива

В составе Чашковского массива выделяются породы двух фаз. Породы первой фазы занимают около 80% площади массива (Пермяков, 2000) и представлены гранитогнейсами и "очковыми мигматитами" (Менерт, 1971) - теми же породами с крупными (до 3 см) порфиробластами щелочного полевого шпата (рис.1.5). Подчиненное распространение имеют линзовидно-очковые, линзовидно-полосчатые и полосчатые мигматиты. Изучаемая студентами северная часть массива сложена преимщественно гранитогнейсами и их очковыми разностями. В северо-восточной части Чашковской гряды Б.Н.Пермяковым (2000) отмечены линзовидно-полосчатые мигматиты, по составу отвечающие кварцевым монцодиоритам - кварцевым сиенитам, с постепенным переходом, с одной стороны, к порфиробластовым гранитогнейсам, а с другой - к мезократовым плагиогнейсам и гранитизированным амфиболитам вмещающих толщ (рис.1.6)

Рис. 1.6. Схематическая геологическая карта северной части Чашковского массива (Пермяков, 2000)

Гранитогнейсы (рис.1.7) - серые, светло-серые или розовато-серые гнейсовидные породы, преимущественно среднезернистой структуры, часто порфиробластовые. Сложены кварцем, плагиоклазом (олигоклазом, реже альбитом), щелочным полевым шпатом (микроклином и микроклин-пертитом), биотитом, магнетитом, сфеном; в незначительных количествах присутствуют гранат, ильменит и ортит.

Рис. 1.7. Микрофотографии биотитового гранитогнейса первой фазы Чашковского массива

В некоторых разновидностях (Ферштатер и др., 1994) отмечены микроклинизированный ортоклаз, амфибол и гематит. Микроклин порфиробластов нередко гранулирован. Количественные соотношения минералов меняются в широких пределах. К примеру, цветовой индекс гранитогнейсов меняется в интервале 0-15%; именно вариации содержания железо-магнезиальных минералов создают характерные "теневые" текстуры мигматитов.

Рис. 1.8. Микрофотография биотит-роговообманкового сланца по амфиболиту ильменогорской серии

В западной части массива среди гранитогнейсов залегают пластообразные скиалиты амфиболитов (местами биотитизированных), вероятно, принадлежавших существенно амфиболитовой ильменогорской толще, а также лейкократовых плагиогнейсов. Ориентировка скиалитов и текстур в гранитогнейсах аналогичны. В восточной части массива скиалиты не выявлены, а гранитогнейсы имеют более лейкократовый состав, что может быть связано с иным составом протолита, представленного здесь породами метааркозовой еланчиковской свиты.

Амфиболиты во многих случаях биотитизированы и превращены в средне-крупнозернистые биотит-роговообманковые сланцы (рис.1.8), сложенные роговой обманкой (призматические кристаллы до 5 мм длиной), альбитом-олигоклазом и микроклином. В незначительных количествах присутствуют сфен и кальцит (не исключено, что присутствие карбонатного материала связано с первично осадочной природой этих сланцев).

Структура породы лепидонематогранобластовая, текстура гнейсовидная.

Рис. 1.9. Тонкие зоны бластомилонитов в гранитогнейсах Чашковского массива

Гранитогнейсы часто рассечены тонкими (обычно 1-2 мм) "прожилками" бластомилонитов, под микроскопом представляющих собой тонкообломочные частично перекристаллизованные агрегаты, сложенные минералами вмещающих пород (рис.1.9).

Породы второй фазы становления Чашковского массива - лейкократовые и биотитовые гнейсо-граниты, мелко- и среднезернистые граниты; к этой же фазе относятся тела аплитов и пегматитов. Все эти породы образуют согласные или кососекущие по отношению к сланцеватости дайкообразные тела и жилы (рис. 1.10), иногда - извилистые птигматитовые жилы (рис. 1.4). Контакты с гранитоидами первой фазы резкие, но лишенные зон закалки и зачастую неровные. В некоторых случаях отмечается эндоконтактовая

лейкократизация - следствие выноса железа и магния из приконтактовых зон водным флюидом. Центральные зоны пегматоидных тел часто сложены гранулированным кварцем. Степень разгнейсованности от ранних образований к поздним заметно уменьшается, вплоть до пород с массивной текстурой.

Зарисовка дна карьера в гранитогнейсах Чашковского массива

Типичные гнейсовидные граниты второй фазы (рис. 1.11) сложены кварцем, альбитом-олигоклазом (до An26), микроклином, биотитом. Акцессорные минералы - апатит, сфен, циркон, эпидот. Структура мелко-среднезернистая, текстура слабо гнейсовидная.

По содержаниям петрогенных элементов плутонические породы Чашковского массива достаточно однородны (рис. 1.12 а-г) и соответствуют гранитам и лейкогранитам нормальной и повышенной щелочности. На всех петрохимических диаграммах они образуют субизометричное облако, что указывает на отсутствие значимых процессов дифференциации; об этом же свидетельствует сходство составов первой и второй фаз массива. Часть вмещающих пород по составу близка плутонитам, но в основном для метаморфических образований типичны более низкая щелочность и железистость (рис. 1.12 а,г).

Рис. 1.11. Микрофотографии мелкозернистого гнейсовидного гранита второй фазы Чашковского массива

Амфиболиты и предполагаемые меланосомы мигматитов охватывают широкий интервал составов в области средне-основных пород повышенной щелочности. Несмотря на присутствие разностей, по составу переходных между породами средне-основной группы и гранитоидами, на многих диаграммах плутониты располагаются в стороне от тренда, образуемого вмещающими метаморфитами (рис. 1.12 а-в), что свидетельствует в пользу гипотезы об аллохимичности процесса гранитизации (привнос калия, вынос магния и т.д.).

Следует отметить сравнительно низкую глиноземистость гранитоидов Чашковского массива. Средние значения коэффициента Al/(K+Na+2Ca) (рис. 1.12г) ниже 1.1, а для значительной части пород даже ниже единицы, что нетипично для S-гранитоидов1 . Возможно, на уровне содержаний Al₂O₃ в источнике - породах ильменогорской серии - сказалось участие низкоглиноземистого вулканического (базальтового) материала. С этой версией согласуются данные по элементам-примесям и составу биотита: (1) на дискриминационных диаграммах Дж.Пирса (1984) большая часть точек расположена в поле гранитоидов активных континентальных окраин (рис. 1.13), (2) биотиты пород Чашковского массива низкоглиноземистые, и на диаграмме железистость-глиноземистость (Путинцев и Григорьев, 1993) почти все

точки расположены в поле I-гранитов (рис. 1.15). Эти данные противоречат общей структуре и геологической позиции массива и иллюстрируют ненадежность выводов, базирующихся только на анализе дискриминационных диаграмм.

Сравнительно высокая железистость биотита гранитоидов (0.7-0.8) указывает на невысокий химический потенциал кислорода в расплаве (в противном случае значительная часть железа связывалась бы в магнетите - Wones, Eugster, 1965). Однако преобладание акцессорного магнетита над ильменитом свидетельствует об обратном. Компромиссное решение предполагает кристаллизацию расплава при активности кислорода на уровне буфера QFM2 .

Оценка глубины становления Чашковского массива по структурным критериям затруднена, и в данном вопросе приходится прибегать к более опосредованным физико-химическим методам:

1) пересчет химического состава пород на нормативные минералы (метод CIPW) и нанесение результатов на диаграмму состояния экспериментально изученной системы Ab-Q-Or (Таттл и Боуэн, 1958; Заманске и др., 1981);

Петрохимические диаграммы для пород Чашковского массива

2) эмпирический "амфиболовый геобарометр" - расчет литостатического давления по содержанию алюминия в амфиболе (Джонсон и Резерфорд, 1989);

Рис. 1.14. Диаграмма в координатах нормативных альбита, кварца и ортоклаза для гранитоидов Чашковского массива.

Применение третьего метода, предполагающего определение температуры по гранат-биотитовым термометрам и последующую оценку давления по экспериментальной кривой водонасыщенного солидуса, в данном случае оказалось невозможным по причине отсутствия данных о зональности минералов при вероятном переуравновешивании составов граната и биотита на ретроградной стадии (оценки температур не превышают 500^oС).

Давление воды при расчетах было принято равным литостатическому, поскольку в массиве широко распространены пегматоидные тела, указывающие на присутствие свободной флюидной фазы. На диаграмме ab-q-or, с поправкой на присутствие 5% анортитового компонента, большая часть точек

Рис. 1.13. Дискриминационные диаграммы Дж. Пирса (1984) для гранитоидов Чашковского, Тургоякского и Сыростанского массивов.

гранитоидов располагается вблизи эвтектической точки при 5 кбар (рис. 1.14), что соответствует глубине 15-16 км. По составу амфиболов (данные о составе минералов взяты из монографии Г.Б.Ферштатера и др., 1994) давление оценивается в 6-6.5 кбар (18-20 км). Таким образом, Чашковский массив формировался в нижних горизонтах верхней коры на глубине от 15 до 20 км, что вполне типично для синколлизионных мигматит-плутонов.

Возраст Чашковского массива не установлен однозначно. Геологи-съемщики датируют его ранним-средним (Юрецкий и др., 1982 г.) или поздним (Турбанов, 1984) ордовиком. Вместе с тем, определения K-Ar методом для гранитов Чашковского массива дают значения не древнее 280 млн лет (ранняя пермь).

Рис. 1.15. Составы биотитов из гранитоидов на диаграмме Путинцева и Григорьева (1993).

Возможно, массив имеет двухэтапную историю: (1) ранний-средний ордовик - плагиогранитизация рифейского субстрата, (2) поздний палеозой - калий-натровая гранитизация, появление мобилизатов второй фазы, формирование структуры, близкой к современной, и длительное остывание, обусловившее широкий разброс значений калий-

аргонового возраста минералов.

В целом образования Чашковского массива составляют

закономерный ряд с последовательным нарастанием интенсивности преобразования

метаморфического субстрата - от очковых гнейсов к мобилизатам в форме линз, жил и массивов, постепенно приобретающим облик аллохтонных образований; состав пород при этом приближается к эвтектическому. Мигматит-плутоны формируются в период максимального латерального сжатия и подъема геоизотерм; для них характерно отсутствие ассоциации с основными магматическими породами (Кузнецов, 1964), хотя источник тепла и отчасти флюидов, очевидно, глубинный - мантийный.