Помощь студентам в учебе
Петрография и минералогия метамафитов Центральной Щелочной Полосы (Вишневогорско-Ильменогорский комплекс, Южный Урал)
|
Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 4
1. ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ 6
1.1. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПОЛОЖЕНИЕ 7
2. ПЕТРОГРАФИЯ И МИНЕРАЛОГИЯ 10
2.1. ПИРОКСЕНОВЫЕ АМФИБОЛИТЫ 10
2.2. МИЛОНИТИЗИРОВАННЫЕ БИОТИТ-ПИРОКСЕН-АМФИБОЛ
ПОЛЕВОШПАТОВЫЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ СЛАНЦЫ 15
2.3. МИЛОНИТИЗИРОВАННЫЕ МУСКОВИТ-БИОТИТОВЫЕ ГНЕЙСЫ 20
3. ПЕТРОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ 23
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 26
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 27
ВВЕДЕНИЕ 4
1. ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ 6
1.1. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПОЛОЖЕНИЕ 7
2. ПЕТРОГРАФИЯ И МИНЕРАЛОГИЯ 10
2.1. ПИРОКСЕНОВЫЕ АМФИБОЛИТЫ 10
2.2. МИЛОНИТИЗИРОВАННЫЕ БИОТИТ-ПИРОКСЕН-АМФИБОЛ
ПОЛЕВОШПАТОВЫЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ СЛАНЦЫ 15
2.3. МИЛОНИТИЗИРОВАННЫЕ МУСКОВИТ-БИОТИТОВЫЕ ГНЕЙСЫ 20
3. ПЕТРОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ 23
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 26
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 27
Целью выпускной квалификационной работы является петрографическая, минералогическая и петрогеохимическая характеристики метамафитов Центральной Щелочной Полосы и определение характера метаморфических преобразований этих пород.
Задачи выпускной квалификационной работы:
1) изучение минералогического и химического состава пород;
2) изучение текстурно-структурных особенностей пород и определение степени динамометаморфических преобразований;
3) анализ петрогеохимических данных;
4) определение природы протолита.
Текстурно-структурные особенности пород были исследованы на микроскопе Olimpus BX 51. Исследования минералов и пород проводился на базе «ЮУЦКП», г. Миасс. Состав петрогенных компонентов определен атомно-абсорбционным методом (аналитики Л. Б. Лапшина, Н. В. Шаршуева), редкоземельные, редкие и рассеянные элементы - ICP-MS (аналитики К. А. Филиппова, М. С. Свиренко). Минералы исследованы с использованием сканирующего электронного микроскопа РЭММА 202М с ЭДС LZ-5 Link с Si-Li-детектором (аналитик В.А. Котляров) при ускоряющем напряжении 20-30 кВ.
Формулы минералов были рассчитаны катионным способом. Для определения амфиболов была использована номенклатура Лика (Лик и др., 1997), для пироксенов использовалась номенклатура Моримото (Моримото и др. 1989). Значения европиевого минимума были рассчитаны по формуле Eumin=VSmxGd. В работе были использованы следующие сокращения: ЦЩП - Центральная щелочная полоса, f - железистость (f= FeO / FeO+ MgO), Act - актинолит, Aln - алланит, Ap - апатит, Bt - биотит, Chl - хлорит, Grt - гранат, Hbl - роговая обманка, Ilm - ильменит, KFs - калиевый полевой шпат, Mag - магнетит, Mc - микроклин, Mu - мусковит, Pl - плагиоклаз, Px - пироксен, Q - кварц, Ttn - титанит, Zr - циркон.
Актуальность работы. В данной работе рассматривается влияние динамометаморфических процессов на формирование пород ЦЩП. Ранее влияние этих процессов не рассматривались относительно пород Вишнево-Ильменогорского полиметаморфического комплекса, а в частности для пород щелочной спецификации и их генезиса. Исследуемые породы имеют высокие концентрации редкоземельных и редких элементов, которые являются стратегическим важными, и могут рассматриваться, как потенциальный источник этих элементов.
Существует несколько гипотез формирования пород щелочного комплекса :
1) Гипотеза анатектического плавления под влиянием мантийного флюида: плавление миаскитов Ильмен происходит при температурах 700-800°, при давлении водного флюида 3-5 Кбар (Щекина и др., 1984). Эксперементальные данные показали, что присутствие фтора во флюиде должно несколько понизить температуру плавления. По данным (Щекина и др., 1984), прибавление к водному флюиду 1 % раствора HF снижает температуру плавления миаскита на 3040° по сравнению с экспериментами при чисто водном флюиде. Все эти параметры отвечают режиму, достижимому в условиях земной коры, что обеспечивает возможность реализации в комплексе палингенно-метасоматической модели миаскитообразования. Относительная обогащенность глубинного флюида углекислотой в определенной мере имитирует «сухость» режима миаскитового анатексиса (Левин, 1997).
2) Гипотеза ремобилизации рифтогенных нефелиновых сиенитов (фойяитов?) нижнего
палеозоя: структуры магматических пород, свойственные миаскитам, не измененным
милонитизацией, бластезом, метасоматозом, их состав, близкий эвтектике при 2-5 кбар пара H2O свидетельствуют об их кристаллизации из расплава. Оценки времени и условий гранитизации метаморфических толщ, вмещающих Ильменогорский массив, кристаллизации миаскитов и гранитов, эксперименты по плавлению миаскитов показали их изохронность (260-240 млн лет) и изофациальность (Т = 700-800 °С, при 2-5 кбар давления водяного пара) (Баженов, 2006).
3) «Развитые в Ильменогорском сдвиге щелочные породы в значительной мере преобразованы процессами пластичного (хрупко-пластичного) течения материала, что накладывает серьезные ограничения в попытки интерпретации их генезиса в рамках палингенно - метасоматических либо анатектических моделей». Можно предположить существование щелочно - ультраосновной интрузии центрального типа дезинтегрированной пределах региональной сдвиговой зоны (Чувашов, Русин, 2003; Русин, 2010).
Ильменские горы на протяжение последних 300 лет являются источником камнесамоцветного сырья и коллекционного материала редкоземельно-редкометальной минерализации. В годы Великой Отечественной Войны были предприняты попытки разработки и добычи редкоземельных элементов на территории Ильменского заповедника, но ввиду малых размеров тел добыча была признана нецелесообразной.
Задачи выпускной квалификационной работы:
1) изучение минералогического и химического состава пород;
2) изучение текстурно-структурных особенностей пород и определение степени динамометаморфических преобразований;
3) анализ петрогеохимических данных;
4) определение природы протолита.
Текстурно-структурные особенности пород были исследованы на микроскопе Olimpus BX 51. Исследования минералов и пород проводился на базе «ЮУЦКП», г. Миасс. Состав петрогенных компонентов определен атомно-абсорбционным методом (аналитики Л. Б. Лапшина, Н. В. Шаршуева), редкоземельные, редкие и рассеянные элементы - ICP-MS (аналитики К. А. Филиппова, М. С. Свиренко). Минералы исследованы с использованием сканирующего электронного микроскопа РЭММА 202М с ЭДС LZ-5 Link с Si-Li-детектором (аналитик В.А. Котляров) при ускоряющем напряжении 20-30 кВ.
Формулы минералов были рассчитаны катионным способом. Для определения амфиболов была использована номенклатура Лика (Лик и др., 1997), для пироксенов использовалась номенклатура Моримото (Моримото и др. 1989). Значения европиевого минимума были рассчитаны по формуле Eumin=VSmxGd. В работе были использованы следующие сокращения: ЦЩП - Центральная щелочная полоса, f - железистость (f= FeO / FeO+ MgO), Act - актинолит, Aln - алланит, Ap - апатит, Bt - биотит, Chl - хлорит, Grt - гранат, Hbl - роговая обманка, Ilm - ильменит, KFs - калиевый полевой шпат, Mag - магнетит, Mc - микроклин, Mu - мусковит, Pl - плагиоклаз, Px - пироксен, Q - кварц, Ttn - титанит, Zr - циркон.
Актуальность работы. В данной работе рассматривается влияние динамометаморфических процессов на формирование пород ЦЩП. Ранее влияние этих процессов не рассматривались относительно пород Вишнево-Ильменогорского полиметаморфического комплекса, а в частности для пород щелочной спецификации и их генезиса. Исследуемые породы имеют высокие концентрации редкоземельных и редких элементов, которые являются стратегическим важными, и могут рассматриваться, как потенциальный источник этих элементов.
Существует несколько гипотез формирования пород щелочного комплекса :
1) Гипотеза анатектического плавления под влиянием мантийного флюида: плавление миаскитов Ильмен происходит при температурах 700-800°, при давлении водного флюида 3-5 Кбар (Щекина и др., 1984). Эксперементальные данные показали, что присутствие фтора во флюиде должно несколько понизить температуру плавления. По данным (Щекина и др., 1984), прибавление к водному флюиду 1 % раствора HF снижает температуру плавления миаскита на 3040° по сравнению с экспериментами при чисто водном флюиде. Все эти параметры отвечают режиму, достижимому в условиях земной коры, что обеспечивает возможность реализации в комплексе палингенно-метасоматической модели миаскитообразования. Относительная обогащенность глубинного флюида углекислотой в определенной мере имитирует «сухость» режима миаскитового анатексиса (Левин, 1997).
2) Гипотеза ремобилизации рифтогенных нефелиновых сиенитов (фойяитов?) нижнего
палеозоя: структуры магматических пород, свойственные миаскитам, не измененным
милонитизацией, бластезом, метасоматозом, их состав, близкий эвтектике при 2-5 кбар пара H2O свидетельствуют об их кристаллизации из расплава. Оценки времени и условий гранитизации метаморфических толщ, вмещающих Ильменогорский массив, кристаллизации миаскитов и гранитов, эксперименты по плавлению миаскитов показали их изохронность (260-240 млн лет) и изофациальность (Т = 700-800 °С, при 2-5 кбар давления водяного пара) (Баженов, 2006).
3) «Развитые в Ильменогорском сдвиге щелочные породы в значительной мере преобразованы процессами пластичного (хрупко-пластичного) течения материала, что накладывает серьезные ограничения в попытки интерпретации их генезиса в рамках палингенно - метасоматических либо анатектических моделей». Можно предположить существование щелочно - ультраосновной интрузии центрального типа дезинтегрированной пределах региональной сдвиговой зоны (Чувашов, Русин, 2003; Русин, 2010).
Ильменские горы на протяжение последних 300 лет являются источником камнесамоцветного сырья и коллекционного материала редкоземельно-редкометальной минерализации. В годы Великой Отечественной Войны были предприняты попытки разработки и добычи редкоземельных элементов на территории Ильменского заповедника, но ввиду малых размеров тел добыча была признана нецелесообразной.
Метамафиты характеризуются метаморфическими структурами, где наряду с гетерогранобластой, лепидогранобластовой, нематогранобластовая и гранобластовой структурами, наблюдаются текстурно-структурные особенности, характерные для милонитов, сопровождающиеся присутствием порфирокласт. Породы, слагающие ядро тела, соответствуют породам основного состава - амфиболитам, и в меньшей мере подвержены процессам милонитизации. Периферическую часть тела слагают породы среднего состава, соответствующие протомилонитам по биотит-пироксен-амфибол-полевошпатовым кристаллическим сланцам. Во вмещающих мусковит-биотитовые гнейсах локально проявлена ультрамилонитовая структура. Текстурно-структурные особенности пород отражают проявление динамометаморфического метаморфизма.
Химический состав минералов в исследуемых породах разнообразен. Все амфиболы характеризуются промежуточными составами рядов гастингсит^паргасит; роговая обманка^чермакит; актинолит^тремолит. Разнообразие химического состава амфиболов отражает незавершенность процессов минералообразования то есть к отсутствию равновесия в минеральных парагенезисах. Состав пироксенов преимущественно соответствует диопсиду, но отдельные индивиды имеют промежуточный состав ряда энстатит^ферросилит. Полевые шпаты представлены широким спектром составов от андезита - лабрадора до альбита - олигоклаза и микроклина, часто с примесью бария. Слюда группы биотита по составу соответствует анниту, в котором отмечено, что с увеличением титана уменьшается количество магния и марганца. Гранат имеют однородный состав, соответствующий гроссуляр -альмандину, который характерен для амфиболитов. В ильмените из ядерной части тела наблюдается примесь марганца, а в ильмените из периферической части присутствует примесь магния. Титанит не имеет постоянного состава, кроме того иногда в нем наблюдается примесь ниобия. В породах, слагающих периферическую часть, встречаются редкоземельные минералы, такие как цериевый алланит и торит. Полевые шпаты в ядерной части тела характеризуются преимущественно кальциевым составом, ХХазО+ЮО меньше, чем содержание СаО. В периферической части тела полевые шпаты обогащены SNa2O+Na?O, содержание этих элементов сильно преобладает над содержанием кальция. Совокупность данных свидетельствует о влиянии щелочного метасоматического процесса.
Характер распределения РЗЭ отражает преобладание ЛРЗЭ над ТРЗЭ, что характерно для пород корового генезиса. Распределение мультиэлементов в породах основного и среднего состава имеет схожий характер. Он также близок с характером распределения этих элементов в континентальной коре. Максимальные содержания ниобия и тантала характерны для пород основного состава, а для пород среднего состава - максимальное содержание тория. Вмещающие их милонитизированные гнейсы имеют отличный от них характер распределения и более низкие концентрации. При анализе данных можно сделать вывод, что происходило перераспределение редкоземельных и мультиэлементов.
Метамафиты Центральной Щелочной Полосы интенсивно милонитизированы и преобразованы метасоматическими процессами, о чем свидетельствуют текстурно-структурные особенности породы и минеральная ассоциация, характеризующаяся отсутствием минерального равновесия. Расчет условий образования минералов в программе TWQ соответствует полю T 600- 700°С и P 10-13 кбар - амфиболитовой фации высоких давлений. Цирконы из метамафитов имеют признаки магматического генезиса, о чем свидетельствуют облик кристаллов и геохимические особенности, и датируются возрастом - 1730 млн лет, PR1 (Вализер и др., 2019).
Химический состав минералов в исследуемых породах разнообразен. Все амфиболы характеризуются промежуточными составами рядов гастингсит^паргасит; роговая обманка^чермакит; актинолит^тремолит. Разнообразие химического состава амфиболов отражает незавершенность процессов минералообразования то есть к отсутствию равновесия в минеральных парагенезисах. Состав пироксенов преимущественно соответствует диопсиду, но отдельные индивиды имеют промежуточный состав ряда энстатит^ферросилит. Полевые шпаты представлены широким спектром составов от андезита - лабрадора до альбита - олигоклаза и микроклина, часто с примесью бария. Слюда группы биотита по составу соответствует анниту, в котором отмечено, что с увеличением титана уменьшается количество магния и марганца. Гранат имеют однородный состав, соответствующий гроссуляр -альмандину, который характерен для амфиболитов. В ильмените из ядерной части тела наблюдается примесь марганца, а в ильмените из периферической части присутствует примесь магния. Титанит не имеет постоянного состава, кроме того иногда в нем наблюдается примесь ниобия. В породах, слагающих периферическую часть, встречаются редкоземельные минералы, такие как цериевый алланит и торит. Полевые шпаты в ядерной части тела характеризуются преимущественно кальциевым составом, ХХазО+ЮО меньше, чем содержание СаО. В периферической части тела полевые шпаты обогащены SNa2O+Na?O, содержание этих элементов сильно преобладает над содержанием кальция. Совокупность данных свидетельствует о влиянии щелочного метасоматического процесса.
Характер распределения РЗЭ отражает преобладание ЛРЗЭ над ТРЗЭ, что характерно для пород корового генезиса. Распределение мультиэлементов в породах основного и среднего состава имеет схожий характер. Он также близок с характером распределения этих элементов в континентальной коре. Максимальные содержания ниобия и тантала характерны для пород основного состава, а для пород среднего состава - максимальное содержание тория. Вмещающие их милонитизированные гнейсы имеют отличный от них характер распределения и более низкие концентрации. При анализе данных можно сделать вывод, что происходило перераспределение редкоземельных и мультиэлементов.
Метамафиты Центральной Щелочной Полосы интенсивно милонитизированы и преобразованы метасоматическими процессами, о чем свидетельствуют текстурно-структурные особенности породы и минеральная ассоциация, характеризующаяся отсутствием минерального равновесия. Расчет условий образования минералов в программе TWQ соответствует полю T 600- 700°С и P 10-13 кбар - амфиболитовой фации высоких давлений. Цирконы из метамафитов имеют признаки магматического генезиса, о чем свидетельствуют облик кристаллов и геохимические особенности, и датируются возрастом - 1730 млн лет, PR1 (Вализер и др., 2019).
