Введение к работе
_' ' Актуальность проблемы. Исследование офиолитовых ассоциаций приобрело в последнее время особое значение и широкие масштабы главным образом в связи с развитием новых тектонических концеп -ций. Активная дискуссия о генезисе офиолитов обусловлена открытием сходства их строения и состава с разрезами океанической - коры. В этом аспекте офиолиты являются важным репером глобальных геологических процессов прошлого.
С другой стороны необходимость всесторонних исследований офиолитов диктуется тем, что с ними связаны месторождения важнейших полезных ископаемых - хромитов, асбеста, платины и др.
Большое значение результаты исследования офиолитовых ассоциаций имеют при анализе все возрастающего потока информации о современной коре океанов. Сходство офиолитов с базит-гипербазито-выми комплексами океанов помогает расшифровать внутреннее строение океанической коры и ее потенциальные возможности в отношении полезных ископаемых. Офиолиты, реликты океанической коры прошлого -ключ к решению задач, связанных с современной корой океанов.В последнее время теме "Офиолиты и океаническая литосфера" посвящаются международные конференции (Ophiolites and Oceanic Lithosphere , 1984) и специальные издания (Ofiol±ti ,1984), большинство участников и авторов которых показывают, что значительная часть данных об океанической литосфере поступает, в основном, в результате изучения офиолитовых ассоциаций.
В связи с отмеченным выше, проблемы петрогенезиса офиолитов привлекают внимание многочисленных исследователей, но несмотря на большой объем работ, многие генетические вопросы остаются спорными. Существуют разнообразные, часто альтернативные точки зрения на происхождение отдельных офиолитовых пород. В частности, гипербази-ты (алышнотипные) из офиолитов одни исследователи считают магматическими по происхождению (Зимин,1973; Сутурин,1978;Маракушев, 1979,1987; Шихайлибейли и др.,1987; Hirano Hideo ,1977; Hall , 1980 и др.), другие метасоматическими (Морковкина,1974; Москалева, 1974), третьи предполагают первоначальное существование гипербази-тового расплава, застывающего на глубине и проникащего в верхние горизонты в виде протрузий (Пинус и др;,1984; Леонов,1986,1988 и др.), в четвертом случае образование гипербазитов объясняется де-
гидротацией серпентинитов (Белинский,1987),большая часть исследователей (Колман,1979;Добрецов,1980;Савельева,1987;Гончаренко,1988; Nicolas е.а. ,1980; Berry ,1981; Boudier ,1982; ЕеиЪег ,1988 ; и многие др.) отстаивают реститовую природу гипербазитов,возникших в результате частичного плавления мантии и внедрившихся в земную кору путем твердопластического течения кристаллического вещества. Большие разногласия возникают также при обсуждении генезиса расслоенного базит-ультрабазитового комплекса. Нет окончательного решения по поводу условий формирования габброидов,негранитных пегматитов, хромитов и других образований, входящих в состав офиолитовых ассоциаций.
Спорные вопросы петрогенезиса офиолитов не всегда могут быть выяснены только с помощью традиционных геолого-геохимических методов. В этом аспекте большую помощь могут оказать экспериментальные методы термобарогеохимии по изучению включений минералообра -зущих сред в минералах. Наиболее перспективным, представляется комплексный подход к проблемам петрогенезиса офиолитов - на основе геолого-петрографических и геохимических исследований с широким применением методов термобарогеохимии.
Цели и задачи исследований. Основной целью предлагаемой, работы является выяснение условий петрогенезиса офиолитов с помощью комплексного подхода, на основе геологических и геохимических данных, с широким использованием методов термобарогеохимии.
Необходимо подчеркнуть, что работа посвящена петрологическим проблемам - условиям петрогенезиса офиолитовых ассоциаций, в то время как разработка моделей формирования офиолитов в целом является самостоятельной тектонической проблемой и выходит за рамки данного исследования.
В соответствии с целью работы последовательно решались следующие основные задачи: I. На первом этапе необходимо было:во-пер-вых, провести детальные полевые исследования офиолитовых ассоциа -ций и выявить положение и взаимоотношения отдельных групп пород;во-вторых, отобрать для последующих аналитических работ образцы непосредственно в поле, либо (это касается в основном океанических офиолитов) из коллекций других исследователей; 2. На втором этапе с помощью петрохиыических и геохимических исследований выделить определенные дискретные группы пород в офиолитовых ассоциациях,выяснить
связи между ними, установить тренды дифференциации составов пород; 3. На третьем этапе, главным образом с помощью экспериментальных методов термобарогеохимии, выяснить физико-химические условия' процессов формирования пород в офиолитах, а также проследить особенности изменения термодинамических параметров петрогенезиса в группах пород, установленных на первых двух этапах; 4. Применяя комплексные исследования (геологические, геохимические и термоба-рогеохимические), определить условия образования негранитных пегматитов и полезных ископаемых (хромиты, асбест, камнесамоцветное сырье) в офиолитовых ассоциациях.
Фактический материал и методы исследования. Работа основана на оригинальном фактическом материале, собранном автором в тече -ниє 16 лет за период с 1973 по 1988 гг. За это время были проведены полевые исследования на 33 массивах офиолитовых ассоциаций Малого Кавказа, Северного и Южного Урала, Тянь-Шаня,Горного Алтая, Салаира, Кузнецкого Алатау, Западного Саяна, Западной,Восточной и Вшой Тувы, Чукотки, Камчатки, Курильских о-вов,Приморья и Монгольской Народной Республики.
Материалы по офиолитам Красного моря, Атлантики,Тихого океана и Троодоса (Кипр) были предоставлены для исследований Г.Л.Капшн-цевым, А.В.Соболевым, С.А.Щербаковым, С.Г.Сколотневым, В.Ю.Колобовым. Образцы из пород офиолитов Куюльского массива (Корякия),Вой -каро-Сыньинского массива (Полярный Урал) были переданы автору $.П. Леоновым, А.Г.Грановским, А.В.Колосковым и А.И.Гончаренко.Исследовались также образцы хромитов из коллекций И.С.Чащухина и Г.Г.Дмит-ренко. А.С.Мехоношин и М.Ю.Цыпуков предоставили для изучения методами термобарогеохимии образцы платиноидов. Всем перечисленным товарищам автор выражает свою глубокую благодарность.
Условия петрогенезиса офиолитов детально исследовались на эталонных объектах, в качестве которых были выбраны наиболее известные, имеющие достаточно полные наборы пород, офиолитовые ассоциации во внутриконтинентальных складчатых областях (Алтае-Саянская область - офиолиты Кузнецкого Алатау, Западного Саяна, Тувы; Монголия - офиолиты хр.Хан-Тайпшрин) и офиолиты в зоне перехода океан-континент (Чукотка - офиолиты хр.Пекульней; Камчатка - офиолиты о-ва Карагинский и п-ова Камчатский Мыс;. Курильские о-ва - офиолиты о-ва Шикотан). В основу исследований были положены геологические ма-
териалы, полученные автором во время полевых работ. Данные по пет-рохимии и геохимии редких элементов использовались, главным образом, как связующее звено между'геологией и результатами изучения офиолитов методами термобарогеохимии.
Результаты наших исследований (главным образом методами пет-ро-, геохимии и термобарогеохимии) офиолитов Урала (Мугодаары), Средней Азии (Алайских хр.), Малого Кавказа, Кипра (Троодос),Тихого океана (хр.Муссау), Срединно-Атлантического хребта (разлом Зеленого Мыса), рифта Красного моря и других, были привлечены в качестве сравнительного материала.
При обработке собранного по офиолитовым ассоциациям материала использовался целый комплекс различных методов исследований: I. 'Изученб под микроскопом более 2 000 шлифов горных пород;2.Сде-лано около 820 новых полных химических анализов пород; 3.Всего обработано и использовано в диссертации более I 500 химических анализов; 4. С помощью атомно-абсорбционного анализа определено содержание редких элементов в более чём 850 образцах; 5. Для I 200 образцов определены особенности кинетики газовыделения на вакуумном декрепитометре; 6. Сделано более 3 500 анализов пород на летучие компоненты с помощью газовой хроматографии; 7; Для большинства исследованных на летучие компоненты магматических стекол и хромитов сделаны микрозондовые анализы составов (стекла - 62 образца, хромиты - 79 образцов); 8, Просмотрено с целью поиска включений минера-лообразущих сред более 2 000 полированных пластинок; 9. Получено около 5 000 замеров температур гомогенизаций включений минералооб-разующих сред; 10. Для более успешного решения задач, связанных с выяснением условий петрогенезиса офиолитов, созданы новые микротермокамеры и' микрокриокамеры, которые используются и в других лабораториях и институтах АН СССР; II. Проведены серии экспериментов в области высоких температур и давлений на установках оригинальных конструкций с целью выяснения особенностей деформационных процессов в гипербазитах.
Основные защищаемые положения; I. Коплексные исследования ги-пербазитов в рассмотренных офиолитах на основе геологических, пет-рохимических, геохимических данных с использованием экспериментальных методов петрологии и главным образом термобарогеохимии,подтверждают реститовую гипотезу формирования тектонизированных пшербази-тов основания офиолитовых ассоциаций, согласно которой гипербазиты
являются метаморфическими породами, проникшими в земную кору путем твердопластического течения. Пластические деформации гиперба-зитов на ранних этапах их эволюции происходили при температурах до 800-1000С и давлении до 8-11,5 кбар, с участием восстановленных и инертных флюидов,
2. Термобарогеохимические исследования рассмотренных офиоли-
тов, на основе геологических и геохимических данных, свидетельст
вуют о генетической взаимосвязи пород базит-гипербазитовых комплек
сов, сформировавшихся в результате магматических процессов с за
кономерной эволюцией параметров - температуры (от 1400 до П00С)
и составов летучих (от восстановленных до окисленных), в последовательной смене пород: ультрамафиты и габбро - дайки - эффузивы. Характер летучих компонентов определялся геодинамической обстановкой формирования офиолитов: в океанических областях магмы сухие и содержат восстановленный флюид (Нг>), для островодукных расплавов характерны окисленные (COg) и богатые водой летучие.
-
Исследования пегматитов негранитного состава в офиолитах преимущественно методами термобарогеохимии показывают, что они формировались различными путями: а). В синдеформационных метаморфических процессах перекристаллизации мелкозернистых пород при температурах до 800-Ю00С и давлении до 5-6 кбар (дунит-пегматиты); б). При активном участии гидротермальных растворов с температурами 350-550С и давлениями до 1,5-2,5 кбар (пироксенит-, габбро-пегматиты); в). Из высокотемпературных магматических расплавов при температурах П50-1380С (габбро-пегматиты).
-
Исследования методами термобарогеохимии полезных ископаемых, связанных с офиолитами, показывают активную роль летучих компонентов в процессах их формирования. Для хромитов данные по летучим свидетельствуют о сингенетичности акцессорных хромшпинелидов и частично убоговкрапленных руд с вмещающими гипербазитами и о наложенном характере богатых руд, сформировавшихся в матрице гипербази-тов при активном участии флюида, обогащенного восстановленными газами (&>, СН^, СО). Жилы хризотил-асбеста формируются в гипербази-тах при воздействии гидротермальных растворов, обогащенных метаном, двуокисью углерода и водородом.
Научная новизна. Работа представляет собой первое комплексное (геолого-петрографическое, петрохимическое, геохимическое и т.д.) исследование офиолитовых ассоциаций с широким применением методов термобарогеохимии.
Впервые изучены в офиолитах комплексы "дайка в.дайке" для пород кислого и ультраосновного составов, что говорит о формировании гранитоидных и пикритовых серий, как и пород основного состава, в условиях растяжения. С помощью термобарогеохимии впервые установлены закономерности изменения составов летучих компонентов и температур кристаллизации пород в разрезах офиолитов. При этом впервые найдены включения минералообразугащих сред в минералах тек-тонизированных гипербазитов основания офиолитов, ультрамафитов расслоенных серий, пород дайковых комплексов, негранитных пегматитов. Впервые установлены закономерные связи хромитового оруденения и проявлений хризотид-асбеста с определенными типами летучих компонентов. Выявлены новые особенности изменения структуры асбеста при отрицательных температурах, важные в практическом отношении.
Практическое-значение работы. Результаты научно-исследовательских работ автора используются в нескольких аспектах: I. Созданные в ходе термобарогеохимических исследований офиолитов микрокамеры новых оригинальных конструкций для изучения включений минера-лообразующих сред успешно .применяются в ряде лабораторий и институтов АН СССР; 2. Большое значение, в частности для тектонических построений, приобретают термобарогеохимические критерии отличия тев;-тонизированных (метаморфических) гипербазитов от ультраосновных пород расслоенных комплексов с помощью включений минералообразующих сред (расплавные и метаморфогенные включения); 3. На основании установленных закономерных связей хромитового оруденения с летучими компонентами сделаны соответствующие рекомендации, переданные в виде отчетов в ПГО "Запказгеология" (г.Актюбинск) и в ВУГРЗ ПГО "Зап-казгеология" (п.Донекое, Актюбинской обл.). Результаты исследований одобрены в Донском ГОКе (г;Хромтау, Актюбинской обл.) и используются при поисково-оценочных работах на Кемпирсайских месторождениях хромовых руд (Ккный Урал). Получен акт о внедрении с экономическим эффектом 230 тыс.рублей в год; 4. Результаты, полученные при изучении физикб-химических свойств хризотил-асбеста Актовракского месторождения (Тувинская АССР) в области низких температур, позволили выяснить причины ухудшения характеристик асбеста при его обогащении в зимних условиях. Соответствующие рекомендации переданы в комбинат Тува-асбест. Получен отзьш, где говорится, что результаты исследований будут учтены и использованы при работе комбината.
Апробация работы. Основные результаты исследований обсуждались
на У, УІ, УП Всесоюзных совещаниях по термобарогеохимии (Уфа,1976; Владивосток,1978; Львов,1985), на Ш Всесоюзном пегматитовом совещании (Иркутск,1982), на Всесоюзном сшяіозиуїле "Ультраосновные магмы и их металлогения" (Владивосток,1983), на ХШ Международном конгрессе по кристаллографии (Гамбург,1984), на ХХУП Международном геологическом конгрессе (Москва, 1984), на Региональном совещании "Офиолиты восточной окраины Азии" (Хабаровск,1986), на ХП Всесоюзном семинаре "Геохимия магматических пород" (Москва,1986), на УП Палеовулканологическом всесоюзном симпозиуме (Ташкент,1986),на ІУ Всесоюзном совещании по кристаллохимии неорганических и координационных соединений (Бухара,1986), на П Всесоюзном совещании по геохимии углерода Шосква,1986), на УП Всесоюзном петрографичес -ком совещании (Новосибирск,1986), на ХЫ Всесоюзном тектоническом совещании (Москва, 1988), на I Всесоюзной конференции "Геодинамические основы прогнозирования нефтегазоносности недр" (Москва,1988).
Публикации По теме диссертации опубликованы 52 работы, в том числе три монографии: "Условия минералообразования в негранитных пегматитах"; "Офиолитовая ассоциация Кузнецкого Алатау" (соавторы: А.И.Гончаренко,. П.П.Кузнецов, А.И.Чернышов); "Офиолиты и рифты" (соавтор П.П.Кузнецов).
Структура и объём работы. Диссертация состоит из двух томов. В первом томе помещены: введение, девять глав и заключение. Содержание работы изложено на 292 страницах машинописного текста, который сопровождается 189 рисунками, 14 таблицами и списком литературы из 701 наименования. Во втором томе помещены приложения,содержащие 125 таблиц аналитического материала.
В ходе работы над диссертацией отдельные аспекты,связанные с проблемами офиолитов, обсуддались при участии академика Н.Л.Добре-цова, членов-корреспондентов: Ч.Б.Борукаева, А.Л.Книппера.Г.В.Поля-кова, Н.В.Соболева; докторов наук: Ш.И.Аллахвердиева, А.С.Варлако-ва, В.В.Белинского, О.М.Глаэунова, А.И.Гончаренко, М.И.Грудишиа, А.А.Кадика, Э.Г.Конникова, А.С.Перфильева, Д.М.Печерского,Ф.Г.Рей-фа, Г.Н.Савельевой, В.А.Соловьева, В.Н.Шарапова; кандидатов наук: Л.В.Агафонова, Н.А.Берзина, Г.С.Закариадзе, А.Э.Изоха, П.П.Кузнецова, СА.Куренкова, $.П.Леснова, А.С.Мехоношина, А.В.Миколайчука, А.В.Соболева, И.С.Чащухина, А.ИЛернышова. Всем этим товарищам автор глубоко признателен за критические замечания и советы. Особую благодарность хотелось бы выразить сотрудникам лаборатории термоба-
рогеохимии ИГиГ СО АН СССР: профессору Ю.А.Долгову, заведущему лабораторией А.А.Томиленко, Н.Й.Осоргину, С.В.Ковязину, Л.А.Шохо-новой, Л.Н.Фоминой, Л.А.Егоровой, Г.В.Кутолиной за содействие при подготовке диссертации. Автор благодарит также В.И.Симонову.В.А. Акимцева, В.А.Яковлева, А.С.Шорина за помощь при проведении аналитических и оформительских работ.