Базиты среднего палеопротерозоя Онежской структуры: геохимия и петрология
|
ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ РЕГИОНА 7
1.1. Фенноскандинавский щит 7
1.2 Основные протерозойские рифтогенные структуры на Фенноскандинавском щите 9
ГЛАВА 2. СТРОЕНИЕ И СТРАТИГРАФИЧЕСКИЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЯ ОНЕЖСКОЙ СТРУКТУРЫ 14
2.1 Онежская структура 14
2.2 Стратиграфия 16
2.3 Магматизм 19
ГЛАВА 3. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ РАЙОНА И ПЕТРОГРАФИЯ ПОРОД 20
3.1 Основные элементы геологического строения района 20
3.2 Объект исследований 22
3.3 Петрографическое описание пород 28
ГЛАВА 4. ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОРОД 38
4.1 Петрогеохимическая характеристика 38
4.2 Рассеянные элементы 43
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 45
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 47
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 49
ПРИЛОЖЕНИЕ 55
ГЛАВА 1. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ РЕГИОНА 7
1.1. Фенноскандинавский щит 7
1.2 Основные протерозойские рифтогенные структуры на Фенноскандинавском щите 9
ГЛАВА 2. СТРОЕНИЕ И СТРАТИГРАФИЧЕСКИЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЯ ОНЕЖСКОЙ СТРУКТУРЫ 14
2.1 Онежская структура 14
2.2 Стратиграфия 16
2.3 Магматизм 19
ГЛАВА 3. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ РАЙОНА И ПЕТРОГРАФИЯ ПОРОД 20
3.1 Основные элементы геологического строения района 20
3.2 Объект исследований 22
3.3 Петрографическое описание пород 28
ГЛАВА 4. ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОРОД 38
4.1 Петрогеохимическая характеристика 38
4.2 Рассеянные элементы 43
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 45
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 47
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 49
ПРИЛОЖЕНИЕ 55
Актуальность работы. Палеопротерозойская эра (2.5-1.65 млрд лет) представляет собой важную часть истории формирования континентальной коры Земли, отражающую переход от архейской предыстории к событиям, происходящим в фанерозое. Реконструкция условий крупных эпизодов внутриплитной магматической активности в палеопротерозойский период является одной из наиболее сложных и актуальных задач современной геологии. Наиболее значимый след на территории северо-восточной части Фенноскандинавского щита, оставил интенсивный этап рифтогенеза (2.5 - 1.7 млрд лет) (Melezhik et al., 2015), в течение которого происходило накопление огромных масс эффузивов, как полагают исследователи, значительно превышающих с своём объёме масштабы современной вулканической деятельности (Пухтель и др., 1995; Балаганский, 2002). Одним из наиболее крупных и доступных объектов проявления палеопротерозойского внутриплитного магматизма на территории Фенноскандинавского щита является Онежская палеопротерозойская структура, которая сложена комплексами осадочно-вулканогенных и магматических пород с возрастом 2.50 - 1.77 млрд лет (Онежская..., 2011). Изучение протерозойских рифтогенных и платформенных образований Карелии позволяют проследить эволюцию протерозойского магматизма, осадкообразования с рудовмещающими комплексами (Голубев и др., 1999).
Исследованием Онежской структуры занимался еще Г.П. Гельмерсен, А.А. Иностранцев и Ф.Ю. Левинсон-Лессинг (1870е годы), ими был накоплен огромный материал, в котором просматривались первые черты строения Онежской структуры. Дальнейший вклад в историю его изучения связан с именами В.М. Тимофеева, А.П. Светова, В.А. Соколова, К.О. Кратца, А.И. Голубева, В.С. Куликова, И.С. Пухтеля, А. М. Ахмедова и многих других исследователей. Новые представления о геологическом строении, стратиграфии, тектонике, магматизме Онежской палеопротерозойской структуры изложены в современных монографиях под ред. Л. В. Глушанина (Онежская., 2011), в работах по международному проекту континентального бурения FAR-DEEP под руководством В.А. Мележика (Melezhik et al., 2013) и других.
Среди интрузивных образований в Онежской структуре существует несколько разновидностей интрузивных базитов, временной интервал и условия формирования которых затруднено. По результатам U-Pb датирования циркона и бадделеита бадделеита (Филиппов и др., 2007, Lubnina et al., 2016, Степанова и др., 2014) установлено, что в Онежской структуре существует несколько возрастных групп интрузивных базитов, формирование которых ранее рассматривалось в составе единого людиковийского (2.06 и 1.92 млрд лет), магматического комплекса (Голубев, Светов, 1983). Людиковийские базиты заонежской свиты слабо варьируют по химическому составу. Минеральный состав пород в большинстве случаев не может служить единственным критерием разделения, так как породы на большей части Онежской структуры преобразованы в условиях зеленосланцевой, реже пренит-пумпеллиитовой фации. Реликты первичных магматических минералов в породах сохраняются очень редко. Исключение составляют вулканиты (пикриты, пикробазальты, андезибазальты) и силлы суйсарской свиты, которые очень контрастно отличаются от заонежских базитов Онежской структуры по химическому составу и сохранностью первичного минерального состава.
Главным направлением данной работы являлась детальная минералого-петрографическая и геохимическая характеристика и выявление критериев идентификации базитов разных возрастных групп в Онежской структуре, что позволит получить новые данные для расшифровки эволюции магматизма и уточнить историю развития земной коры в этом регионе.
Основной целью данной работы являлась геохимическая типизация базитов Онежской структуры, а также определение основных особенностей формирования расплавов для базитов Онежской структуры
Объектом исследования представлены силлы базитов Онежской структуры, возраст которых находится в интервале 2.01-1.95 млрд лет.
Достижение цели включали решение следующих задач:
1. Литературный обзор геологических структур Фенноскандинавского щита, сформированных в период 2.5-1.95 млрд лет, и внутреннего строения Онежской структуры
2. Геологическая характеристика силлов долеритов
3. Изучение петрографии долеритов из центральной части Онежской структуры и состава первичных магматических минералов
4. Изучение вариации содержаний главных и рассеянных элементов в долеритах из центральной части Онежской структуры и определение основных трендов внутрикамерной дифференциации
5. Сопоставить петрографические и геохимические данные для силлов долеритов и определить критерии их разделения
6. Расшифровать процессы эволюции исходных расплавов для долеритовых силлов
Фактический материал и методы исследования
Геологические исследования и сбор каменного материала из силлов габбродолеритов были проведены по естественным коренным обнажениям на Заонежском полуострове в центральной части Онежской структуры в юго-восточной части Фенноскандинавского щита в ходе полевых работ в 2021 г совместно с сотрудниками лаборатории Геологии и геодинамики докембрия ИГ КарНЦ РАН. В работе также использовались данные, предоставленные А.В. Степановой. Минералого-петрографическое изучение пород Онежской структуры в шлифах выполнено с помощью оптического поляризационного микроскопа и растрового электронного микроскопа TESCAN Vega II LSH с приставкой для энерго-дисперсионного рентгеноспектрального микроанализа “Inca Energy-350” в Аналитическом центре ИГ КарНЦ РАН, г. Петрозаводск. Определение части минералов проводилось с использованием метода комбинационного рассеяния (КР) на раман-спектрометре Almega XR Nicolet Thermo Scientific, оборудованном конфокальным микроскопом Olympus BX41 с 10, 50 и 100- кратными объективами и цифровой камерой в (ЦКП) КарНЦ РАН, г. Петрозаводск.
Изучение химического состава пород проводилось методом рентгено-флюоресцентного анализа в Центре коллективного пользования (ЦКП) ИГ КарНЦ РАН. Анализ проводился из стеклообразных дисков, полученных при сплавлении пробы с тетраборатом лития. Потери при прокаливании определялись гравиметрическим методом. Время выдержки при температуре 950°С - 30 мин. Точность анализа составляла 1-5 отн. % для элементов с концентрациями выше 0.5 мас. % и до 12 отн. % для элементов с концентрацией ниже 0.5 мас.%.
Концентрации рассеянных элементов в породах определялись методом индуктивно связанной плазмы с масс-спектрометрическим окончанием анализа (ICP-MS) на приборе X- Series 2 в ЦКП ИГ КарНЦ РАН. Правильность анализа контролировалась путем измерения стандартных образцов BHVO-2, СГД-2А, СТ-1. Относительное стандартное отклонение для всех элементов не превышало 0.3 при измерении содержания этих элементов до 5*ПО и не превышало 0.15 при измерении содержания >5*ПО.
Личный вклад автора заключался в участии в полевых работах, геологической документации обнажений, отборе проб; подготовке отобранного каменного материала для изготовления шлифов, навесок для петрогеохимических исследований; петрографическом описании пород; проведении микрозондовых исследований; обработке и систематизации полученных результатов.
Структура и объем диссертации.
Работа состоит из введения, 4 глав, обсуждения результатов, заключения, списка литературы и приложений. Объем работы составляет 65 страниц, включая рисунки, таблицы и приложения. Список литературы состоит из 64 наименований.
Благодарности
Автор выражает искреннюю благодарность за наставничество своему научному руководителю д.г.-м.н. А.И. Брусницину, а также сотруднику ИГГД РАН д.г.-м.н. А.А.Арзамасцеву.
За предоставленные материалы (шлифы, пробы), регулярную помощь и ценные советы благодарю ведущего научного сотрудника ИГ КарНЦ к.г.-м.н. А.В. Степанову. За внимание и интерес к работе хочется поблагодарить научного сотрудника ИГ КарНЦ к.г.- м.н. С.В. Егорову.
Проведение полевых работ было бы невозможным без участия сотрудника лаборатории геологии и геодинамики докембрия ИГ КарНЦ РАН О.А. Максимова. За помощь в проведении геохимических исследований отдельно хотелось бы поблагодарить сотрудников Аналитического центра коллективного пользования (ЦКП) ИГ КарНЦ РАН.
Исследованием Онежской структуры занимался еще Г.П. Гельмерсен, А.А. Иностранцев и Ф.Ю. Левинсон-Лессинг (1870е годы), ими был накоплен огромный материал, в котором просматривались первые черты строения Онежской структуры. Дальнейший вклад в историю его изучения связан с именами В.М. Тимофеева, А.П. Светова, В.А. Соколова, К.О. Кратца, А.И. Голубева, В.С. Куликова, И.С. Пухтеля, А. М. Ахмедова и многих других исследователей. Новые представления о геологическом строении, стратиграфии, тектонике, магматизме Онежской палеопротерозойской структуры изложены в современных монографиях под ред. Л. В. Глушанина (Онежская., 2011), в работах по международному проекту континентального бурения FAR-DEEP под руководством В.А. Мележика (Melezhik et al., 2013) и других.
Среди интрузивных образований в Онежской структуре существует несколько разновидностей интрузивных базитов, временной интервал и условия формирования которых затруднено. По результатам U-Pb датирования циркона и бадделеита бадделеита (Филиппов и др., 2007, Lubnina et al., 2016, Степанова и др., 2014) установлено, что в Онежской структуре существует несколько возрастных групп интрузивных базитов, формирование которых ранее рассматривалось в составе единого людиковийского (2.06 и 1.92 млрд лет), магматического комплекса (Голубев, Светов, 1983). Людиковийские базиты заонежской свиты слабо варьируют по химическому составу. Минеральный состав пород в большинстве случаев не может служить единственным критерием разделения, так как породы на большей части Онежской структуры преобразованы в условиях зеленосланцевой, реже пренит-пумпеллиитовой фации. Реликты первичных магматических минералов в породах сохраняются очень редко. Исключение составляют вулканиты (пикриты, пикробазальты, андезибазальты) и силлы суйсарской свиты, которые очень контрастно отличаются от заонежских базитов Онежской структуры по химическому составу и сохранностью первичного минерального состава.
Главным направлением данной работы являлась детальная минералого-петрографическая и геохимическая характеристика и выявление критериев идентификации базитов разных возрастных групп в Онежской структуре, что позволит получить новые данные для расшифровки эволюции магматизма и уточнить историю развития земной коры в этом регионе.
Основной целью данной работы являлась геохимическая типизация базитов Онежской структуры, а также определение основных особенностей формирования расплавов для базитов Онежской структуры
Объектом исследования представлены силлы базитов Онежской структуры, возраст которых находится в интервале 2.01-1.95 млрд лет.
Достижение цели включали решение следующих задач:
1. Литературный обзор геологических структур Фенноскандинавского щита, сформированных в период 2.5-1.95 млрд лет, и внутреннего строения Онежской структуры
2. Геологическая характеристика силлов долеритов
3. Изучение петрографии долеритов из центральной части Онежской структуры и состава первичных магматических минералов
4. Изучение вариации содержаний главных и рассеянных элементов в долеритах из центральной части Онежской структуры и определение основных трендов внутрикамерной дифференциации
5. Сопоставить петрографические и геохимические данные для силлов долеритов и определить критерии их разделения
6. Расшифровать процессы эволюции исходных расплавов для долеритовых силлов
Фактический материал и методы исследования
Геологические исследования и сбор каменного материала из силлов габбродолеритов были проведены по естественным коренным обнажениям на Заонежском полуострове в центральной части Онежской структуры в юго-восточной части Фенноскандинавского щита в ходе полевых работ в 2021 г совместно с сотрудниками лаборатории Геологии и геодинамики докембрия ИГ КарНЦ РАН. В работе также использовались данные, предоставленные А.В. Степановой. Минералого-петрографическое изучение пород Онежской структуры в шлифах выполнено с помощью оптического поляризационного микроскопа и растрового электронного микроскопа TESCAN Vega II LSH с приставкой для энерго-дисперсионного рентгеноспектрального микроанализа “Inca Energy-350” в Аналитическом центре ИГ КарНЦ РАН, г. Петрозаводск. Определение части минералов проводилось с использованием метода комбинационного рассеяния (КР) на раман-спектрометре Almega XR Nicolet Thermo Scientific, оборудованном конфокальным микроскопом Olympus BX41 с 10, 50 и 100- кратными объективами и цифровой камерой в (ЦКП) КарНЦ РАН, г. Петрозаводск.
Изучение химического состава пород проводилось методом рентгено-флюоресцентного анализа в Центре коллективного пользования (ЦКП) ИГ КарНЦ РАН. Анализ проводился из стеклообразных дисков, полученных при сплавлении пробы с тетраборатом лития. Потери при прокаливании определялись гравиметрическим методом. Время выдержки при температуре 950°С - 30 мин. Точность анализа составляла 1-5 отн. % для элементов с концентрациями выше 0.5 мас. % и до 12 отн. % для элементов с концентрацией ниже 0.5 мас.%.
Концентрации рассеянных элементов в породах определялись методом индуктивно связанной плазмы с масс-спектрометрическим окончанием анализа (ICP-MS) на приборе X- Series 2 в ЦКП ИГ КарНЦ РАН. Правильность анализа контролировалась путем измерения стандартных образцов BHVO-2, СГД-2А, СТ-1. Относительное стандартное отклонение для всех элементов не превышало 0.3 при измерении содержания этих элементов до 5*ПО и не превышало 0.15 при измерении содержания >5*ПО.
Личный вклад автора заключался в участии в полевых работах, геологической документации обнажений, отборе проб; подготовке отобранного каменного материала для изготовления шлифов, навесок для петрогеохимических исследований; петрографическом описании пород; проведении микрозондовых исследований; обработке и систематизации полученных результатов.
Структура и объем диссертации.
Работа состоит из введения, 4 глав, обсуждения результатов, заключения, списка литературы и приложений. Объем работы составляет 65 страниц, включая рисунки, таблицы и приложения. Список литературы состоит из 64 наименований.
Благодарности
Автор выражает искреннюю благодарность за наставничество своему научному руководителю д.г.-м.н. А.И. Брусницину, а также сотруднику ИГГД РАН д.г.-м.н. А.А.Арзамасцеву.
За предоставленные материалы (шлифы, пробы), регулярную помощь и ценные советы благодарю ведущего научного сотрудника ИГ КарНЦ к.г.-м.н. А.В. Степанову. За внимание и интерес к работе хочется поблагодарить научного сотрудника ИГ КарНЦ к.г.- м.н. С.В. Егорову.
Проведение полевых работ было бы невозможным без участия сотрудника лаборатории геологии и геодинамики докембрия ИГ КарНЦ РАН О.А. Максимова. За помощь в проведении геохимических исследований отдельно хотелось бы поблагодарить сотрудников Аналитического центра коллективного пользования (ЦКП) ИГ КарНЦ РАН.
Таким образом, в результате проведённых исследований получена петрогеохимическая характеристика пород долеритовых силлов на участке Лебещина и сделана попытка оценки механизма условий их формирования. Основные выводы, вытекающие из приведённого в данной работе материала, следующие:
1) Первыми, наиболее ранними образованиями являются долериты 1 типа, которые внедрялись в неконсолидированные осадки. Породы в зоне закалки характеризуются тонкозернистой структурой. На ранней ликвидусной фазе кристаллизовался плагиоклаз, вероятно, более основного состава и вулканическое стекло, в последующем полностью замещённое хлоритом. В основной массе установлены крупные вкрапленники альбита и включения шунгита, формировавшегося в результате жидкостной несмесимости. Породы в зонах закалки характеризуются наиболее высоким содержанием MgO (около 9 мас.%), Cr Ni. Формирование же пегматоидной части, относительно удалённой от зон закалок и обогащенной Fe2O3 (до 23 мас.%), происходило по механизму кристаллизационной дифференциации с уменьшением MgO до 2 мас.%. В пегматоидных метадолиритах сохраняются реликты первично-магматического клинопироксена, отвечающего по составу геденбергиту (XMgFetot = 0.14-0.24).
2) При следующем этапе внедрения расплава формировались долериты 2 типа. Они внедрялись уже в консолидированные туфоалевролиты. На ранней ликвидусной фазе также кристаллизовался плагиоклаз, вероятно, более основного состава и вулканическое стекло, в последующем полностью замещённое хлоритом. В зонах закалки порфировые вкрапленники и включения минералов не были установлены. Породы в зонах закалки характеризуются наиболее высоким содержанием MgO (около 12 мас.%), Cr, Ni. По мере удаления от зоны закалки, в такситовых структурах, содержания MgO уменьшается до 8 мас.%, а содержание Fe2O3 не сильно варьирует и остаётся постоянным в пределах от 17 до 22 мас.%. В крупнозернистых метадолиритах 2 типа сохраняются реликты первично-магматического клинопироксена, отвечающего по составу авгиту (XMgFetot = 0.69-0.81).
3) Долериты 3 типа распространены в восточной части участка, в виде маломощного выхода обнажения и требуют дальнейшего изучения. Зоны закалки с вмещающими породами, пока, не обнаружены. Долериты имеют мелкозернистую, офитовую структуру, в большей степени гидротермально-метасоматически преобразованы, плагиоклазы в них практически полностью замещаются серицитом. Среди магматических минералов сохраняются только реликты первично-магматического клинопироксена, отвечающего по составу диопсид-авгиту (XMgFetot = 0.50-0.64).
Распределение петрогенных элементов в различных дифференциатах указывает на то, что породы в зонах закалки являются наиболее близкими по составу к первичному расплаву. Кроме того, поведение РЗЭ, которые характеризуются максимальными концентрациями несовместимых элементов и практически полным отсутствием совместимых элементов, в метадолеритах имеет общий характер и указывает на то, что формирование расплава происходило, вероятно, в верхнемантийных условиях. При этом от зон закалок к центру тела происходит увеличение концентрации несовместимых элементов, достигая максимума в пегматоидных и лейкократовых долеритах. Сходные, повышенные концентрации Ba (до 3000 ppm) и низкие Sr (до) в долеритах указывают на обогащение этими элементами расплава при взаимодействии с континентальной корой. Геодинамический режим соответствовал рифтогенному "континентальному".
1) Первыми, наиболее ранними образованиями являются долериты 1 типа, которые внедрялись в неконсолидированные осадки. Породы в зоне закалки характеризуются тонкозернистой структурой. На ранней ликвидусной фазе кристаллизовался плагиоклаз, вероятно, более основного состава и вулканическое стекло, в последующем полностью замещённое хлоритом. В основной массе установлены крупные вкрапленники альбита и включения шунгита, формировавшегося в результате жидкостной несмесимости. Породы в зонах закалки характеризуются наиболее высоким содержанием MgO (около 9 мас.%), Cr Ni. Формирование же пегматоидной части, относительно удалённой от зон закалок и обогащенной Fe2O3 (до 23 мас.%), происходило по механизму кристаллизационной дифференциации с уменьшением MgO до 2 мас.%. В пегматоидных метадолиритах сохраняются реликты первично-магматического клинопироксена, отвечающего по составу геденбергиту (XMgFetot = 0.14-0.24).
2) При следующем этапе внедрения расплава формировались долериты 2 типа. Они внедрялись уже в консолидированные туфоалевролиты. На ранней ликвидусной фазе также кристаллизовался плагиоклаз, вероятно, более основного состава и вулканическое стекло, в последующем полностью замещённое хлоритом. В зонах закалки порфировые вкрапленники и включения минералов не были установлены. Породы в зонах закалки характеризуются наиболее высоким содержанием MgO (около 12 мас.%), Cr, Ni. По мере удаления от зоны закалки, в такситовых структурах, содержания MgO уменьшается до 8 мас.%, а содержание Fe2O3 не сильно варьирует и остаётся постоянным в пределах от 17 до 22 мас.%. В крупнозернистых метадолиритах 2 типа сохраняются реликты первично-магматического клинопироксена, отвечающего по составу авгиту (XMgFetot = 0.69-0.81).
3) Долериты 3 типа распространены в восточной части участка, в виде маломощного выхода обнажения и требуют дальнейшего изучения. Зоны закалки с вмещающими породами, пока, не обнаружены. Долериты имеют мелкозернистую, офитовую структуру, в большей степени гидротермально-метасоматически преобразованы, плагиоклазы в них практически полностью замещаются серицитом. Среди магматических минералов сохраняются только реликты первично-магматического клинопироксена, отвечающего по составу диопсид-авгиту (XMgFetot = 0.50-0.64).
Распределение петрогенных элементов в различных дифференциатах указывает на то, что породы в зонах закалки являются наиболее близкими по составу к первичному расплаву. Кроме того, поведение РЗЭ, которые характеризуются максимальными концентрациями несовместимых элементов и практически полным отсутствием совместимых элементов, в метадолеритах имеет общий характер и указывает на то, что формирование расплава происходило, вероятно, в верхнемантийных условиях. При этом от зон закалок к центру тела происходит увеличение концентрации несовместимых элементов, достигая максимума в пегматоидных и лейкократовых долеритах. Сходные, повышенные концентрации Ba (до 3000 ppm) и низкие Sr (до) в долеритах указывают на обогащение этими элементами расплава при взаимодействии с континентальной корой. Геодинамический режим соответствовал рифтогенному "континентальному".
Подобные работы
- Базиты среднего палеопротерозоя Онежской структуры: геохимия и петрология
Магистерская диссертация, геология и минералогия. Язык работы: Русский. Цена: 4920 р. Год сдачи: 2022