Закономерности строения контрастной ритмической расслоенности в Киваккском интрузиве

Введение

Ритмическая расслоенность является характернейшей чертой строения мафит-ультрамафитовых интрузивов. С одной стороны - это, пусть и интересная, но частная проблема образования расслоенных интрузивов - далеко не самых распространенных объектов в земной коре. С другой стороны, к ним следует относиться как к самым глубоким магматическим образованиям, в которых можно непосредственно наблюдать результаты магматической эволюции in situ. Выводы о механизмах формирования расслоенных интрузивов можно распространить на процессы в ненаблюдаемых камерах под вулканами. Одновременно механизм формирования ритмической расслоенности является важной прикладной проблемой, поскольку в расслоенных интрузивах рудные горизонты, обогащенные хромитом, или титаномагнетитом, или благородными металлами, как правило, являются членами ритмически расслоенных пачек пород.

Главной особенностью методологии коллектива, в котором работает автор, является убежденность в том, что решение петролого-геохимических проблем магматической эволюции следует искать на путях построения математических моделей рассматриваемых генетических гипотез. Используемый для моделирования программный комплекс КОМАГМАТ (Френкель, 1988, Френкель, 1995, Арискин, Бармина, 2000) количественно воспроизводит общие закономерности распределения минералов и рассеянных элементов в вертикальных разрезах расслоенных интрузивов, однако его динамическая часть не предназначена для симуляции сложной динамики образования ритмического переслаивания. Сегодня остро встал вопрос о создании новой математической модели, которая была бы способна воспроизвести ритмичность. Для того, чтобы среди большого количества гипотез выбрать наиболее правдоподобную и пригодную для формализации, необходимо было провести всестороннее детальное исследование феномена ритмического переслаивания на конкретном объекте.

Целью настоящей работы было получение комплексной геолого-петрологической, геохимической и минералогической характеристики строения ритмической расслоенности в Киваккском интрузиве, с тем, чтобы в дальнейшем сформулировать непротиворечивую понятийную генетическую модель формирования зон ритмического переслаивания. Полученный эмпирический материал станет в будущем основой верификации численной модели формирования ритмической расслоенности.

1. Исследовать пространственные закономерности строения ритмической пачки Киваккского интрузива.

2. Получить петрографические и геохимические характеристики пород, слагающих ритмически расслоенную толщу.

3. Выявить особенности изменения составов породообразующих минералов, слагающих породы ритмически расслоенной толщи.

Работа выполнена на основе наблюдений и материала, собранного автором в процессе работы на интрузиве Кивакка в течение 5 полевых сезонов по проектам РФФИ N99-05-64118 и N02-05-65168. Работы велись в подзоне Переслаивания бронзититов и норитов (далее - ПзПБН) по профилям ЮКЭ ПГО"Севзапгеология". Также использовались материалы и аналитические данные по полному разрезу интрузива, любезно предоставленные сотрудниками кафедры геохимии МГУ и ИГ КарНЦ РАН.

Общий объем использованного фактического материала составляет: 85 проб, отобранных для определения химического состава и проанализированных в химической лаборатории ИГ КарНЦ РАН; 155 образцов, в которых был измерен удельный вес для определения количественно-минерального состава пород; 400 петрографических шлифов. Все использованные пробы и образцы имеют строгую привязку к вертикальному разрезу интрузива.

Проведено 2250 микрозондовых определений в 950 зернах и 6 полированных шлифах. Проведена серия численных экспериментов для проверки гипотезы парагенности сопряженных слоев.

Научная новизна представленной работы заключается прежде всего, в комплексном системном подходе к изучению объекта.

В работе впервые детально исследован полный непрерывный разрез ритмического переслаивания. Для Киваккского интрузива выделены ритмические единицы и получены их пространственные характеристики (масштаб, двучленное строение, характер границ). Установлено, что для ритмически расслоенной части разреза характерен узкий диапазон изменения состава минералов. Методом геохимической термометрии опровергнута гипотеза о парагенности сопряженных слоев. Предложена многослойно-суспензионная гипотеза формирования ритмической расслоенности.

Полученные результаты важны для развития представлений о формировании ритмически расслоенных пород и связанной с ними малосульфидной платиновой минерализации. Установленные особенности строения, минерального и химического состава ритмически расслоенной зоны послужат верификационным материалом для создаваемой численной модели ритмического переслаивания. Предложены и обоснованы метод определения цветного числа биминеральных пород путем измерения их плотности, методика микрозондовых определений состава пироксенов (со структурами распада твердых растворов) с заданной точностью.

1. Ритмическое переслаивание пород в Киваккском интрузиве сопровождает появление каждого нового кумулятивного минерала в вертикальном разрезе.

2. Ритмические единицы, выделенные на участке перехода от бронзитового к бронзит-плагиоклазовому парагенезису, имеют следующие пространственные характеристики: метровый масштаб мощности; латеральная протяженность по всему интрузиву; всегда двучленное строение, в том числе и тогда, когда верхний слой представлен бронзит-плагиоклаз-авгитовым парагенезисом (без промежуточного двуминерального); резкий характер границ как между ритмами, так и между слоями внутри одного ритма.

3. Состав породообразующих минералов в ритмически расслоенной пачке остается практически постоянным, что отражает специфику кристаллизации исходной магмы Киваккского интрузива, а именно, узкий диапазон изменения состава минералов на этапе кристаллизации бронзит-плагиоклазовой котектики. Установлено, что в кумулятивных авгитах из габбро-норитовых слоев содержание Cr ниже, чем в интеркумулятивных из сопряженных бронзитовых кумулатов. Это, в свою очередь, доказывает, что, по крайней мере, для этих пар имеет место контраст в степени фракционирования.

4. Рассчитанные траектории равновесной кристаллизации пород из слагающих ритмическую единицу слоев не обнаруживают общих точек, что доказывает формирование соприкасающихя кумулатов из порций магм, дискретно различающихся по степени фракционирования исходной магмы, об этом же свидетельствует соотношение концентраций хрома в интеркумулятивных и кумулятивных авгитах.

Основные результаты исследований работы по теме диссертации докладывались на Международной конференции "Рифтогенез, магматизм, металлогения Карелии. Корреляция геологических комплексов", Втором Всероссийском петрографическом совещании, Всероссийской научной конференции "Геология, геохимия, геофизика на рубеже XX и XXI веков, Всероссийском семинаре "Геохимия магматических пород", Всероссийском совещании молодых ученых памяти К.О.Кратца, X и XIII чтениях памяти И.Ф.Трусовой "Проблемы магматической и метаморфической петрологии", заседании петрографической секции МОИП.

Диссертация состоит из введения, 7-ми глав и заключения. Объем работы составляет 156 страниц машинописного текста, 43 рисунка, 3 таблицы, 6 приложений. Список использованной литературы включает 101 название.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю Е.В.Коптеву-Дворникову. Искреннюю благодарность хотелось бы выразить сотрудникам кафедры геохимии МГУ Б.С.Кирееву, Н.Ф.Пчелинцевой, А.А.Ярошевскому, А.Ю.Бычкову, С.В.Болиховской, Д.М.Хворову, сотруднику ГЕОХИ РАН Г.С.Николаеву за рекомендации по обработке материала и всестороннее обсуждение полученных результатов. За предоставленные материалы и возможность проведения аналитических исследований - сотрудникам ИГ КарНЦ РАН М.М.Лаврову и В.В.Куликовой, сотрудникам каф. геохимии МГУ Е.Е.Каменевой, С.А.Лапицкому, Р.А.Митояну. Особую признательность автор выражает сотруднику ГЕОХИ РАН Н.Н.Кононковой за плодотворное сотрудничество в исследовании минералогии и консультации по вопросам корректного использования результатов микрозондового анализа. Неоценимую помощь оказали сотрудники и студенты МГУ, принимавшие участие в полевых работах на объекте Ю.В.Алехин, М.В.Борисов, В.Ф.Рябинкин, Н.Е.Береснева, Г.В.Голикова, Д.И.Резник. Отдельно хочется поблагодарить руководство и сотрудников Национального Парка "Паанаярви" за возможность работать на особо охраняемой территории, в особенности, директора НП А.В.Бижона и егерей кордона "Нурис".