Габбро-гипербазитовые комплексы зоны сочленения Южного и Среднего Урала: строение и условия формирования

Глава 4. Метаморфизм ультрабазитов.

Ультрабазиты Кыштымской площади в подавляющем большинстве подверглись интенсивным метаморфическим преобразованиям. Для изучения фазового состава и количественных соотношений вторичных водосодержащих минералов недостаточно одного петрографического метода. Одним из эффективных методов исследований метаморфизованных ультраосновных пород является термовесовой анализ (Термический , 1974; Варлаков, 1986; Макеев, Брянчанинова, 1999 и др.). По сравнению с другими инструментальными методами (ИК-спектроскопией, рентгено-структурным и др.) он не требует отбора монофракций, хорошо диагностирует минералы в природных смесях.

Подавляющее большинство исследованных образцов представлено почти полностью серпентинизированными породами: в 54 из 71 проб содержание вторичных минералов составляет более 90%. В это число входят все образцы гипербазитов Сугомакского, Каганского и южной части Уфалейского массивов. В северной части Уфалейского массива, наряду с серпентинитами, значительным распространением пользуются серпентинизированные гарцбургиты и дуниты (∑_СП 80-90%). Лишь в 3 из 18 изученных проб Карабашского массива встречаются реликты первичных минералов (∑_СП от 57 до 76%). Для Иткульского, Беспаловского и Байрамгуловского массивов характерно присутствие среди серпентинитов частично серпентинизированных пород. Степень серпентинизации их изменяется в Иткульском массиве в пределах 37-80%, в массивах Байрамгуловского пояса она еще ниже (∑_СП 36-45%) (Савельев и др., 2009).

Термический анализ также позволил выявить закономерности распределения в пространстве серпентинитов различных фаций метаморфизма. Низкотемпературные вторичные минералы (брусит, β-лизардит) не характерны для массивов рассматриваемой площади. Наиболее широким распространением в серпентинитах Кыштымской площади пользуются средне- и высокотемпературные разновидности: β-лизардит, хризотил и антигорит.

Хризотил-β-лизардитовые серпентиниты характерны для Карабашского и северной части Уфалейского массивов. В южной части Уфалейского и на Сугомакском массиве преобладают антигоритовые серпентиниты, иногда с примесью хризотила. Ультрабазиты Таловского и Иткульского массивов замещаются преимущественно ассоциацией хризотил+антигорит с преобладанием последнего. В строении серпентинитов Таловского массива в заметных количествах также участвует ?-лизардит. В пределах Баикского массива антигорит не диагностирован, здесь процессы серпентинизации ограничились образованием β-лизардита. В образцах Беспаловского массива определен хризотил, а в расположенном южнее Байрамгуловском преобладают β-лизардит-антигоритовые серпентиниты.

Для получения представительных данных об особенностях вторичных преобразований ультрабазитов рассматриваемой территории, было проведено изучение физических свойств пород. Объемный вес определялся для оценки степени серпентинизации (СС) ультрабазитов (Штейнберг, Чащухин 1977), а измерение магнитной восприимчивости позволило установить содержание в породах вторичного магнетита. Известно, что последние связаны между собой прямопропорциональной зависимостью (Справочник , 1969). Кроме того, выделение магнетита знаменует собой начало прогрессивного этапа серпентинизации.

Построенные по данным параметрам карты изолиний (рис. 2) дополняя друг друга, дают представление о распределении на изученной территории в различной степени метаморфизованных ультрабазитов. Карта СС (рис. 2 А) отражает общий высокий фон значений данного показателя в массивах Кыштымской площади. Несколько понижены его значения в восточной части Карабашского и в северной части Иткульского массивов. Постепенное снижение СС отмечается в пределах Уфалейского массива с юга на север.

Карта распределения содержания магнетита по площади дает несколько иную картину, что связано как с неравномерностью опробования, так и с неравномерным характером обогащения пород магнетитом (рис. 2 Б). Наиболее интенсивную окраску, которая свидетельствует о высоких содержаниях магнетита в породах, имеют центральная часть Сугомакского, южные части Уфалейского и Иткульского массивов, а также Каганский массив. Для Карабашского массива характерен умеренный фон магнитной восприимчивости пород, в северной части Таловского массива магнетит распределен в породах неравномерно. В массивах Байрамгуловского пояса фиксируется контрастное распределение магнетита: максимальные содержания его отмечены на юге, в породах одноименного массива, а в расположенном севернее Беспаловском - концентрация минерала понижена.

В заключение рассмотрим карту изолиний, иллюстрирующую интенсивность процессов серпентинизации в пределах Кыштымской площади (рис. 2 В). В основу данного построения положены условные единицы, полученные при вычислении средневзвешенных значений эндотермических эффектов при изучении единичных проб гипербазитов. Вычисление этих значений проводилось по формуле

∑_ЭФ = (С₁*Э₁ + С₂*Э₂ + С_N*Э_N)/(∑_СП/100), где ∑_ЭФ - суммарный средневзвешенный эффект, ∑_СП - степень серпентинизации пород, С_{1, 2 ... N} -содержание фазы 1, 2, ... N; Э_{1, 2 ... N} - величина эндотермического эффекта фазы 1, 2 ... N (в ^oС), полученная в процессе термического анализа.

Подобная форма расчета наиболее приближена к количественному выражению интенсивности процессов метаморфизма (РТ-фации). Полученная картина подтверждает геологические и петрографические наблюдения, свидетельствующие о зональности метаморфических преобразований гипербазитов Главной шовной зоны Урала в данном районе, а именно то, что наиболее жесткие РТ-условия соответствовали образованию тектонических пластин, образующих Сугомакский массив, в пределах которого первичные ультрабазиты полностью переработаны в антигоритовые серпентиниты. К северу и югу от него, в направлении Уфалейского и Карабашского массивов, величина стресса и температуры постепенно снижались. Новое повышение интенсивности метаморфизма наблюдается к югу от Карабашского массива.

Если для массивов шовной зоны наблюдаемые закономерности прогнозировались по геологическим и петрографическим данным, то для ультрабазитов восточных поясов получена несколько неожиданная картина - выявилось несколько широтных поясов с различной интенсивностью метаморфических преобразований (рис. 2): 1) с высокой интенсивностью <поля серпентинизации> Сугомакского массива коррелирует метаморфизм Каганского массива, а также массивов восточной части Уфалейского метаморфического комплекса (гор Даниловой и Высокой); 2) умеренная интенсивность метаморфизма наблюдается в широтном направлении от Карабашского массива к Баикскому и Беспаловскому, а также от Уфалейского к Иткульскому; 3) повышение интенсивности метаморфических преобразований происходит в породах Таловского, южной части Карабашского массивов и расположенного восточнее Байрамгуловского массива.

Таким образом, повышение значений суммарного термического эффекта в серпентинитах можно связывать с повышением стресса при <образовании> (перемещении, скучивании) ультрабазитов. В таком случае неоднородная по простиранию уральских структур картина распределения серпентинитов различных фаций может свидетельствовать о неоднородном характере коллизионных процессов в данном районе. По-видимому, основной импульс сжатия пришелся на массивы, пришедшие в <лобовое> соприкосновение с жестким Уфалейским блоком (Сугомакский, юг Уфалейского, Каганский), а комплексы, расположенные южнее и севернее него, оказались <в тени давления> и подверглись меньшей тектонической и термической переработке (север Уфалейского, Карабашский, Баикский, Беспаловский).