Сироткина Ольга Николаевна
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук
|
содержание |
В главе приводится описание методики исследований, рассматриваются петрохимические и геохимические особенности магматических образований Тагильской мегазоны, на основе которых дается геодинамическая интерпретация обстановок их формирования.
Методика исследований
Исследование химических составом магматических образований Тагильской мегазоны являлось приоритетным направлением исследования. Применялись в основном традиционные методики. Для разделения пород на петрохимические группы и подгруппы, отражающие типовые генетические сообщества использовались классификационные диаграммы TAS, Cox et all, AFM, Miashiro (1971), Gill (1981), Jensen (1976) и петрохимическая классификация А.В. Гущина (1999).
Изучение элементов-примесей, с целью выявления характерных черт и определения геодинамической обстановки, выполнено на основе анализа мультиэлементных спектров распределения микроэлементов с нормализацией на эталон N-MORB (Sun S.-s., McDonough W.F., 1989) и спектра распределения редких земель с нормализацией на хондрит (Sun S.-s., McDonough W.F., 1989).
Исследование геохимических данных на диагностических диаграммах (Mullen (1983), Wood (1980), Pearce (1987, 1983), Pearce J.A., Peate D.W. (1995), Shervais (1982),Cabanis&Lecolle(1989) и др.) было направлено на идентификацию геодинамической обстановки формирования различных комплексов.
Для сопоставления изучаемых магматических комплексов с вулканитами современных субдукционных обстановок был использован разработанный алгоритм статистического исследования геохимической информации.
Петрохимическая и геохимическая характеристика ордовикских магматических образований Салатимской тектонической зоны и их палеогеодинамическая интерпретация.
Колпаковская свита
Вулканиты свиты по содержанию кремнекислоты образуют непрерывный ряд с двумя модами (SiO2 47-62% M1= 49%, M2=54%), отвечающим базальтам и андезибазальтам. Породы нормальной щелочности низкокалиевые Na-типа умеренно-высокожелезистые, умеренно-высокотитанистые обогащенные фосфором (TiO2 1-3,05%, Na2O+K2O < 5%, K2O < 0.3%; Na2O/K2O-3-8, FeO* до 14%, P2O5 в среднем составляет 0,2%). Фигуративные точки пород на диаграмме AFM лежат в поле океанических толеитов, на диаграмме Jensen (1976) - в поле высокожелезистых и магнезиальных толеитов.
Куртинская свита
Вулканиты свиты высокотитанистые, высокожелезистые, обогащенные фосфором (Успенская Е.А., 2007). Петрохимические характеристики вулканитов куртинской и колпаковской свит схожи. Поэтому предполагается, что в куртинской свите присутствуют толеитовые и, вероятно, известково-щелочные базальты, сформированные в различных обстановках (океанического ложа, островной дуги).
Пальничнинская свита
По содержанию кремнезема, базальты свиты отвечают элементарной формации, с унимодальным распределением (SiO2 45-53% M=50%). Породы низкокалиевые Na-типа, с высоким содержанием оксида титана и железа (K2O < 0.35%, TiO2 1.1% - 4.2%, FeO* > 10%).
На дискриминационных диаграммах фигуративные точки составов вулканитов колпаковской и пальничнинской свит располагаются в полях срединно-океанических хребтов (N-MORB, СОХ), океанических островов (OIB), океанического ложа, островодужных толеитов (IAT), внутриплитовых (WPB), известково-щелочных пород островных дуг (CAB).
Выйская свита
По распределению содержания кремнезема вулканиты свиты дифференцированы (SiO2 44-78%) с унимодальным распределением (M=52%). Породы известково-щелочные Na и K-Na типа умереннотитанистые и умеренножелезистые (∑щел. 1-8%, K20 < 3%, Na2O/K2O 2-90, FeO* 8-19%, FeO*/MgO -1-4). Среди образований вулканогенного типа разреза присутствуют толеитовые базальты с повышенным содержанием оксида магния (FeO*/MgO < 0.7, MgO 10-13%).
Анализ мультиэлементных спектров выявил следующие геохимические типы: переходный N-MORB/T-MORB, T-MORB, переходный E-MORB/OIB, OIB и известково-щелочной островодужный.
На дискриминационных диаграммах фигуративные точки составов расположены в полях IAT, базальтов океана (N- MORB, E-MORB), CAB, WPB. На диаграммах Pearce (1983), Pearce J.A., Peate D.W., (1995) точки составов базальтов отвечают субдукционной обстановке и обогащенным составам MORB.
Отраженное в геохимической неоднородности, совмещение в Салатимской зоне вулканитов различной геодинамической природы, могло произойти при субдукционной аккреции и является подтверждением того, что колпаковская, куртинская и пальничнинская свиты представляют СВК аккреционной призмы, а вулканиты выйской свиты - СВК фронтального прогиба Тагильской палеоостровной дуги.
Петрохимическая и геохимическая характеристика позднеордовикско-силурийских магматических образований Западно-Тагильской и Ревдинской тектонических зон и их палеогеодинамическая интерпретация.
Мариинский комплекс Базальты и андезибазальты комплекса - толеитовые низкокалиевые Na-типа, умереннотитанистые и умеренножелезистые, умернно-высокомагнезиальные (∑щел. < 5%, K2O < 0.2% TiO2 0.8-1.1%, FeO*5-11%, Na2O/K2O 5-25, MgO 5-13%). На диаграмме AFM фигуративные точки составов пород располагаются на линии Ирвина - Баррагара.
Изучение распределения микроэлементов в породах мариннского комплекса позволило выделить геохимические типы переходный N-/T-MORB, OIB, островодужный толеитовый близкий к бонинитовому, островодужный известково-щелочной.
На дискриминационных диаграммах эффузивы мариинского комплекса образуют тренды от T-MORB к IAT, часть фигуративных точек попадает в поля САВ.
Изучение составов по методике P.Vermeesch (2006) показало наличие пород типа базальтов островных дуг - IAB (80%), OIB (15%) и MORB (5%).
Совмещение в одном разрезе <дайка в дайке> вулканитов геохимических типов T-MORB, OIB, и <офиолитов над зоной субдукции> (Пирс Дж. 1987), возможно при заложении островной дуги на океанической коре.
Кабанская свита Вулканиты известково-щелочной серии (контрастно дифференцированный тип разреза) нормальной щелочности Na- и K-Na-типа, умеренно- высокожелезистые, умеренно-высокотитанистые (∑щел. 3-7%, K2O < 2.5%, Na2O/K2O < 1, TiO2 0.9-1.1%, FeO* 7-11%), представлены в основном андези-базальтами и риодацитами.
Вулканиты толеитовой серии (недифференцированный тип разреза) низкокалиевые Na-типа, высокожелезистые, умеренно-высокотитанистые (∑щел. < 6.2% K2O 0.1-0.5%, Na2O/K2O 4, TiO2 0.9-1.5%, FeO* 10-15%) представлены в основном базальтами и андезибазальтами.
Анализ распределения микроэлементов в породах показал наличие трех различных геохимических типов: T-MORB, переходной от T-MORB к островодужному и островодужный известково-щелочной. Вулканиты с чертами T-MORB принадлежат нижней недифференцированной подсвите и сопоставимы с вулканитами T-MORB типа мариинского комплекса.
На дискриминационных диаграммах фигуративные точки составов пород недифференцированного типа разреза тяготеют к мантийным производным (PM, enrich MORB, WPB), а вулканитов <контрастно-дифференцированного> расположены в полях субдукционных обстановок.
Изучение проб свиты по методу P.Vermeesch (2006) в многомерном пространстве TiO2, MgO, Sr, Ni, Rb идентифицировало вулканиты нижней подсвиты как MORB, верхней - IAB.
Зюзельская свита Вулканиты свиты контрастно дифференцированы по кремнекислоте, имеют бимодальное распределение (моды по SiO2 51% и 71%), что соответствует риодацит-базальтовой серии. Породы низкощелочные, низкокалиевые Na-типа, переходные между толеитовыми и известково-щелочными, имеют умеренное содержание титана и железа, повышенное магния (для базальтов ∑щел. от 0.7 до 6.2%, K2O 0.3%, Na2O/K2Oср 28, FeO* 8-13% TiO2 0.5-1.1%, MgO 5-13%). В составе свиты выделяется высокомагнезиальная, высокожелезистая, высокотитанистая группа базальтов (MgO>16%), характерная для мариинского комплекса.
Павдинская свита Вулканиты свиты принадлежат непрерывно дифференцированной базальт-андезит-дацит-риолитовой ассоциации (SiO2 41-81%), сложной внутренней петрохимической структуры (с модами SiO2 55%, 61%, 65%, 71%). Породы нормальной щелочности, умеренно-высококалиевые, Na- и K-Na-типа (∑щел. < 7.5% K20 < 3%, Na2O/K2O 2-10).
Вулканиты восточной полосы относительно пород западной полосы субщелочные высококалиевые (∑щел. от 6-12% K2O до 5.7%, Na2O/K2O 0.3-4), с повышенными содержаниями титана и железа. В составе свиты известны высокомагнезиальные разности (MgO>10%) - лавы андезибазальтов в окресности г.Красноуральска и дайки пикробазальтов из разреза скважины СГ-4.
Анализ распределения микроэлементов выявил известково-щелочной островодужный характер вулканитов, образующих последовательный ряд с накоплением REE и увеличением отношения LREE/HREE, что отражает эволюцию островной дуги.
На дискриминационных диаграммах фигуративные точки составов пород располагаются в поле островных дуг. В ходе исследования обособились андезибазальты Хлыновско-Елвинской вулкано-тектонической структуры (ВТС) с повышенными содержаниями железа, титана и калия, занимающие положение в полях внутриплитовых базальтов. Другую, группу образуют эффузивы, отобранные в пределах Сосновской ВТС, по составу близкие к средней континентальной коре.
Нижнеименновская подсвита Вулканиты свиты образуют дифференцированный ряд базальт-андезибазальт-андезит-риолит с резким преобладанием андезибазальтов (SiO2 42-76%, мода SiO2 55%).
Породы относятся к известково-щелочной серии Na- и K-Na-типа, умеренной щелочности (∑щел. < 7.5% K20 < 3% до5%, Na2O/K2O 0.2-30), умеренно-титанистые, умеренно-высокожелезистые с большими вариациями содержания магния (TiO2 0.6-1.2%, FeO* 6-10%, MgO 3-9% до 15%).
Распределение микроэлементов на спайдер-диаграммах (превышение крупно ионных литофилов (КИЛ) над элементами с высокозаряженными ионами (ВЗИ)) присуще известково-щелочным сериям развитых островных дуг и отражает дальнейшую эволюцию островодужной системы.
Изучение положения фигуративных точек составов пород на дискриминационных диаграммах показывает, что подавляющее большинство располагается в полях образований островных дуг поздних стадий развития. В составе нижнеименновской подсвиты выявлены обогащенные титаном, железом, фосфором базальты (так же как и в павдинской свите) расположенные в полях MORB, OIT, OIA или на их границе с IAB.
Гороблагодатская толща (верхнеименновская подсвита) Вулканиты подсвиты представляют непрерывный ряд по содержанию SiO2 (47-74%), сложного петрохимического строения (моды SiO2 52%, 56%, 61%). Породы субщелочные и нормальной щелочности, умеренно- и высоко-калиевые Na- и K-Na-типа (∑щел. 3-9%, K20 < 2.2% , Na2O/K2O > 1, редко Na2O/K2O < 1).
Поведение элементов-примесей в вулканитах толщи отвечает поздним стадиям развития островных дуг Тренду полного спектра присуще наличие отрицательных экстремумов( K, Sr, Ti, Ni и Cr), ярко выраженный Nb-Ta <провал>, значительное обогащение КИЛ-элементами. Детальный анализ спектра REE показывает наличие двух групп: первая характеризуется высоким содержанием REE (∑ 120-216 г/т), вторая - более низким REE (∑ 43-107 г/т).
На большинстве дискриминационных диаграмм фигуративные точки составов пород гороблагодатской толщи отвечают известково-щелочным образованиям поздних стадий развития островных дуг.
Идентификация вулканитов гороблагодатской толщи и нижнеименновской подсвиты по алгоритму D. Müller et all (1992) для шошонитовых и калиевых пород выявила их сходство, как с вулканитами ранних стадий, так и с вулканитами поздних стадий развития островных дуг.
Дискриминация базальтов павдинской и именновской свит по алгоритму P.Vermeesch (2006) показала, что они принадлежат вулканитам субдукционной обстановки, за исключением высокожелезистых, высокотитанистых с большим содержанием фосфора базальтов, отнесенных к MORB и OIB. Появление вулканитов типа OIB среди павдинской и именновской свит требует дополнительного изучения.
Таким образом, геохимические особенности магматических образований Западно-Тагильской и Ревдинской тектонических зон, отражают эволюцию энсиматической островной дуги от момента ее заложения до зрелой стадии. В качестве СВК основания островной дуги рассматривается мариинский комплекс, в котором совмещены образования океанического ложа и <офиолитов над зоной субдукции> формирование которых происходило из двух различных по времени и составу мантийных источников. К комплексу основания дуги также отнесены слабодифференцированные разрезы кабанской и зюзельской свит близкие к вулканитам мариинского комплекса. Силурийские известково-щелочные вулканиты кабанской, зюзельской, павдинской и именновской свит отражают последовательное развитие острводужной системы.
Петрохимическая и геохимическая характеристика позднеордовикско-силурийских магматических образований Восточно-Тагильской тектонической зоны и их палеогеодинамическая интерпретация.
Кировоградская свита По содержанию кремнезема вулканиты свиты представляют непрерывную серию от базальтов до дацитов и риолитов с преобладанием андезибазальтов и андезитов. Породы нормальной щелочности, низкокалиевые Na-типа высокожелезистые, умеренно- высокотитанитые (∑щел. < 7.3%, K2O < 0.4%, Na2O/K2O > 4, FeO* 6.3-11.2%, TiO2 0.9-1.4%), являются переходным толеитовым/известково-щелочными. Относительно кабанской свиты в вулканитах кировоградской больше магния, меньше калия и меньше рост железистости при увеличении содержания кремнезема.
Распределение элементов <полного> спектра типично для толеитовых островодужных серий (Ta-Nb минимум, обеднение относительно N-MORB - Cr (до 10 раз) и Ni (в 3 раза)). Спектр распределения REE близок к базальтам T-MORB.
Фигуративные точки составов пород на дискриминационных диаграммах попадают в поля IAT или переходные к CAB. Разделение базальтов свиты по методике P.Vermeesch (2006) показало принадлежность пород к IAB.
Красноуральская свита Вулканиты соответствуют породам непрерывного ряда от андезибазальтов до риолитов, (SiO2 46-77%), со сложным характером распределения SiO2 (моды SiO2 54%, 64%, 71%). Породы нормальной щелочности, низкокалиевые Na-типа, умеренно-высоко-титанистые, железистые и магнезиальные (∑щел.2-9%, K20 < 0.4%, Na2O/K2O > 4, FeO* 7-12.8%, TiO2 0.8-2%). На диаграммах AFM, Jensen (1976), Miyashiro (1974) фигуративные точки свиты лежат в поле известково-щелочных составов.
Конфигурация <полного> спектра типична для островодужных известково-щелочных вулканитов. Породы красноуральской свиты отличаются от островодужных вулканитов повышенными концентрациями ВЗИ: P, Hf, Zr, Eu Ti, Y, Nb свидетельствующие об удаленности от фронта островной дуги (Фролова Т.И., Бурикова И.А., 1997). Напротив, схожесть вулканитов с вулканитами островной дуги (павдинская свита) и обедненность Cr (27-30г/т) указывает на одновременность субдукции и спрединга>, аналогично обстановке задугового бассейна типа Лау, Сулу (Изучение офиолитовых комплексов , 1994).
Применение диагностических диаграмм показало расположение фигуративных точек составов пород в полях MORB, IAB, IAT и CAB. По петрохимическим, металлогеническим параметрам и возрасту красноуральская свита близка к павдинской.
Таким образом, вулканиты Восточно-Тагильской зоны, по геохимическим признакам отвечают СВК задугового бассейна.
Петрохимическая и геохимическая характеристика силурийско-девонских магматических образований Тагильской мегазоны и их палеогеодинамическая интерпретация.
Туринская свита Вулканиты свиты представлены последовательно дифференцированным рядом от трахибазальтов до трахитов, с преимущественным развитием трахиандезибазальтов и трахитов (SiO2 46-66%, моды 54% и 59%). Породы субщелочной и щелочной серии средне- высококалиевые K-Na-типа (∑щел. до 13%, Na2O/K2O ~ 1-4, K20 - до 10%), умеренножелезистые, умереннотитанистые, умеренно-магнезиальные. На диаграмме AFM точки составов располагаются в поле известково-щелочных пород вблизи линии Ирвина-Баррагара (FeO*/MgO 1.5-5). Для пород характерна высокая глиноземистость и высокая концентрация фосфора (P2O5 0.1-0.5 %, в среднем 0.3%).
Распределение микроэлементов соответствует известково-щелочным вулканитам островных дуг поздних стадий развития. Есть образцы с чертами внутриплитных образований. На дискриминационных диаграммах точки составов лежат в полях островных дуг и континентальных базальтов OIB. Состав вулканитов близок к среднему составу континентальной коры.
Сосьвинская свита Вулканиты свиты образуют непрерывный ряд от базальтов до дацитов (SiO2 46-66%), сложной петрохимической структуры (моды SiO2 53% и 63%). Породы субщелочные умеренно-высококалиевые K-Na-типа (∑щел. до 10%, Na2O/K2O~1-6, в кислых разностях 9-11, K2O до 4%), характеризуются переходным толеитовым/известково-щелочным типом. На диаграмме AFM точки расположены на линии Ирвина- Баррагара (FeO*/MgO 2-4, TiO2 0.8-1.13% до 2.18%).
Распределение микроэлементов близко к спектру пород туринской свиты, отмечено обогащение Hf, Zr, Eu, слабо проявленный Ta-Nb минимум и дефицит Ni, Sr. Судя по положению точек составов вулканитов на дискриминационных диаграммах геодинамическая обстановка схожа с обстановкой формирования туринской свиты.
Краснотуринская свита Вулканиты свиты представлены базальтами, трахибазальтами, трахиандезибазальтами и трахиандезитами (SiO2 46-62% с модами SiO2 50% и 60%) субщелочными высококалиевыми K-Na-типа (∑щел.- до 9%, K2O до 4.2%, Na2O/K2O ~1-4) известково-щелочной серии. Породы умеренножелезистые, умереннотитанистые и умеренномагнезиальные, присутствуют толеитовые высокомагнезиальные базальты (MgO 10-13.4%, FeO*/MgO 0.3-0.9, TiO2 0.17-0.87%).
На дискриминационных диаграммах фигуративные точки располагаются в поле энсиалических островных дуг.
Исследование по методике D. Müller et all (1992) для разделения высококалиевых и шошонитовых пород, образованных в разных геодинамических обстановках, показало отличие туринской и краснотуринской свит от именновской (образцы сосьвинской свиты не удовлетворили критерию отбора). В результте проведенного анализа фигуративные точки образцов туринской свиты попали в поле <континентальных дуг>, сопоставимое с Андами и Эольскими островами, краснотуринской - в поле <постколлизионных дуг>, сопоставимое с пост эоценовым вулканизмом западных и восточных Альп.
Следует отметить, что высокие содержания КИЛ-элементов, низкие отношения Nb/U, Th/U, высокие содержания REE и значительное преобладание LREE над HREE отмеченное в рассматриваемых вулканитах, характерно как для активных окраин андского типа, так и для энсиалических островных дуг. Однако Тагильская островная дуга заложилась на океаническом основании, что позволяет эти особенности рассматривать как показатель обстановки периконтинентальной активной окраины андского типа.
Использование методов статистического анализа для сопоставления СВК Тагильской мегазоны с магматическими образованиями современных субдукционных обстановок
Новизной, разработанного алгоритма статистического исследования геохимической информации является совместное использование двух метрик для разделения геологических комплексов (Сироткина О.Н., 2008).
На первом этапе, последовательно выполняется кластеризация с метриками Евклидово расстояние, коэффициент корреляции Пирсона. В геологическом смысле, Евклидова метрика показывает близость содержаний химических элементов, а метрика Пирсона отражает сходство формы их распределения, т.к. в ней сохраняется подобие отношений элементов.
Затем производится свертка многомерного пространства информационных признаков, представленных содержанием химических элементов к двумерному пространству, описываемому удаленностью геохимической пробы от эталона. По оси абсцисс, измеряется удаленность частного значения от эталона по Евклидовому расстоянию, а по оси ординат - удаленность от эталона по коэффициенту корреляции Пирсона.
На втором этапе, в полученном пространстве кластерных расстояний с использованием <Мастера пространственных операций> ГИС системы , методом ближайшего соседа, был произведен подбор геохимических аналогов для вулканитов Тагильской мегазоны из мировых геохимических баз данных.
Сопоставление по признаку близости и сходства распределения геохимических проб Тагильской мегазоны с множеством, сформированным из мировой базы геохимической информации (рис 3), позволило установить, что основная часть проб туринской свиты соответствует вулканитам субдукционной обстановки андской активной континентальной окраины. Магматические образования гороблагодатской подсвиты соответствуют обстановке формирования вулканитов островных дуг с континентальной корой переходного типа. Для проб нижнеименовской подсвиты характерна близость с магматическими образованиями преимущественно зрелых островных дуг. Для пород павдинской свиты свойственен сильный разброс - часть проб соответствует составам юных островных дуг, а большинство проб тяготеют к составам дуг на развитой коре. Для кабанской, мариинской и выйской свит результаты сопоставления менее однозначны, что связано с их геохимической неоднородностью.
| 
