Коллизионный магматизм Западно-Магнитогорской зоны Южного Урала Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК: 552.22, 31

НАУКИ О ЗЕМЛЕ

КОЛЛИЗИОННЫМ МАГМАТИЗМ ЗАПАДНО-МАГНИТОГОРСКОЙ ЗОНЫ ЮЖНОГО УРАЛА

© И.Р. Рахимов,

младший научный сотрудник, Институт геологии Уфимского научного центра РАН, ул. К. Маркса, 16/2,

450077, г. Уфа, Российская Федерация эл. почта: [email protected], [email protected]

© Д.Н. Салихов,

доктор геолого-минералогических наук, главный научный сотрудник, Институт геологии Уфимского научного центра РАН, ул. К. Маркса, 16/2,

450077, г. Уфа, Российская Федерация эл. почта: [email protected], [email protected]

В статье приводятся результаты геологического и петрологического изучения магматических комплексов Западно-Магнитогорской зоны, образовавшихся в карбоне при коллизионном режиме. Считается, что в начале каменноугольного периода на Южном Урале произошла смена геодинамического режима: субдукция уступила место аккреционно-коллизионному процессу островодужного террейна и пассивной восточной окраины Восточно-Европейского континента. В результате в пределах отмирающей Магнитогорской островной дуги сформировались две зоны магматизма: Западно-Магнитогорская и Восточно-Магнитогорская. Западно-Магнитогорская надвинута на континентальную окраину, а Восточно-Магнитогорская стала развиваться в условиях новообразованной коры. Магматизм Западно-Магнитогорской зоны представлен лишь интрузивными телами основного состава (редко кислого и ультраосновного). Формирование комплексов этих тел происходило поэтапно (в стадиях) при эволюции коллизионного процесса, который на Южном Урале характеризуется двумя типами: мягкой коллизией — столкновение типа «островная дуга — континент» и жесткой коллизией типа «континент-континент». Первая стадия - стадия конформного базитового магматизма, маркирующая мягкую коллизию. Ее окончание знаменуется развитием пояса даек риолит-порфиров и габбродолеритов — вторая стадия. В период перехода в следующий тип коллизии происходит формирование дифференцированных интрузий никеленосного комплекса на юге Западно-Магнитогорской зоны — третья стадия. Последняя четвертая стадия дайкового магматизма основного состава, на наш взгляд, предваряет начало жесткой коллизии. Анализ химического состава позволил выделить отличительные петрологические признаки ассоциаций пород каждой стадии. В целом эти признаки характерны внутриплит-ной геодинамической обстановке проявления магматизма.

Ключевые слова: коллизия, интрузивный магматизм, внутриплитный, стадия, ассоциация, комплекс, мульда, интрузии, конформный, дискордантный, дайки, габбро, пе-трогеохимия

© I.R. Rakhimov, D.N. Salikhov

COLLISION MAGMATISM OF THE WEST MAGNITOGORSK ZONE IN THE SOUTH URALS

Laboraty of Magmatism and Metamorphism,

Institute of Geology, Ufa Scientific Centre,

Russian Academy of Sciences,

ulitsa K. Marksa, 16/2,

450077, Ufa, Russian Federation,

e-mail: [email protected], [email protected]

In the Early Carboniferous Period, the South Urals undergo a change In their geodynamic regime, and the subduction of paleo-oceanic plates gives way to accretion and collision processes in the volcanic arc complexes and along the passive eastern margin of the East European continent. This results in the formation of the West Magnitogorsk and East Magnitogorsk zones of magmatism within the moribund Magnitogorsk island arc. The magmatism manifests itself to the fullest extent in the East Magnitogorsk zone within the Magnitogorsk-Bogdanovsky Graben, whereas the magmatism in the West Magnitogorsk zone is represented only by abyssal bodies and dykes of different composition (acid and basic). In the West Magnitogorsk zone the formation of the complexes of intrusive bodies and dykes takes place stage by stage during the development of the collision regime in the South Urals characterized by two types. These are soft collision like "island arc - continent" and hard collision like "continent - continent". The stage of confor-mal basite magmatism reveals the association with basaltic volcanism in the

* Работа выполнена в рамках Программы ОНЗ РАН № 9 фундаментальных исследований Отделения наук о Земле РАН: «Процессы магматической и метаморфической эволюции земной коры и литосферной мантии».

ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБу

2014, том 19, № 1

РБ/ /2С

graben of the East European zone and signifies soft collision, and its termination is marked by the developing belt of rhyolite-porphyric and gabbro-doleritic dykes. The period of transition to the next collision type coincides with the formation of differentiated intrusions in the nickel-bearing complexes of the southern West Magnitogorsk zone, and the subsequent stage of basic dyke magmatism characterizes hard collision. Rocks of each stage have peculiar petrological features and as a whole are characteristic of the magmatism-related intraplate geodynamic environment.

Key words: soft collision, hard collision, magmatism, intraplate, stage, association, complex, trough, intrusions, conformai discordant, dykes, gabbros, petrochemistry, geochemistry

Западно-Магнитогорская зона (ЗМЗ) — часть Магнитогорской мегазоны (ММЗ), надвинутая на окраину Восточно-Европейского континента. Она сформировалась в начале каменноугольного периода в эпоху коллизии Восточно-Европейского кратона с Магнитогорской островной дугой [1—2], вулканическая деятельность которой прекратилась в конце девона. В результате этого столкновения западная часть островодужного вулканогенного основания надвинулась на континент, образовав Западно-Магнитогорскую зону мегасинклинория, а восточная стала развиваться на островодужном фундаменте и получила название «Восточно-Магнитогорской зоны» (ВМЗ) (рис. 1). На Южном Урале принято выделять коллизию двух типов — сначала мягкую островодужно-континентальную, позднее — жесткую межконтинентальную (Восточно-Европейского и Казахстанского континентов) [2, с. 156].

Магматизм ЗМЗ представлен разнообразными по морфологии, геологическому строению и тектоническим условиям интрузивными залежами и роями даек — в основном базитового состава. Предлагается рассматривать продукты плутонизма указанной зоны как ассоциации стадий коллизионного магматизма. Начальной стадией в эпоху мягкой коллизии служит формирование серии конформных залежей. Эти конформные тела секутся комплексом даек диагонального и субширотного простирания — новой стадией коллизионного магматизма. Следующей стадией стало формирование никеленосного комплекса на юге ЗМЗ. Этот этап, по-видимому,

фиксирует перерыв между окончанием мягкой коллизии и началом жесткой. Завершающей стадией коллизионного магматизма ЗМЗ служит формирование пояса даек основного состава. Предполагается, что их образование маркирует начало эпохи жесткой коллизии в ЗМЗ.

Геология интрузивных комплексов. Конформные интрузивные залежи залегают среди вулкано-терригенных отложений мукасов-ской свиты В3£г и флишоидов зилаирской свиты Б^т—С^ и приурочены к крыльям синклинальных структур (мульд) (рис. 1). Формирование мульд и конформных залежей взаимосвязано и единовременно [3]. Тектоническая обстановка времени их образования соответствует столкновению островной дуги и континента, т.е. формирование обширных мульд является отражением блоковости фундамента, на который надвинута часть островодужного основания. Именно в бортовых частях мульд по крутопадающим разрывным нарушениям происходила реализация напряжений сжатия и сдвига (скольжения), благодаря чему образовались полости отслоения в осадочном чехле, представленного переслаиванием терригенных и кремнистых пород. Эти полости отслоения заполнились магматическим расплавом, сформировав лополиты, лакколиты и силлообразные пластовые тела.

Выделено четыре комплекса конформных тел: Утлыкташский, Верхнеуральский, Басаевский и Файзуллинский, контролируемые четырьмя синклинальными структурами — Имангуловской, Верхнеуральской, Ху-долазовской и Уртазымской, соответственно

ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ/

/2014, том 19, № 1IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIННННННННШЗ

(рис. 1). Массивы сложены габбро, габбро-норитами и габбро-долеритами. Визуальные различия обычно связаны со структурами пород и степенью вторичных изменений. Есть различия, обусловленные фракционированием в камерах интрузивных залежей.

Вслед становлению конформных залежей образовались серии даек разнонаправленного простирания, сложенных породами кислого и основного состава и объединенных в Кизильский комплекс. Размещение этих даек определялось диагональными сколами, возникшими в Худолазовской мульде. В Ху-долазовской мульде (рис. 2) развиты дайки габбро-порфиритов и габбро-долеритов широтного и субширотного простирания и дайки риолит-порфиров.

Дискордантные интрузивные тела последующего этапа магматизма Западно-Магнитогорской зоны встречаются в разных частях западного борта Магнитогорского ме-гасинклинория. Особенно много их сконцентрировано в Таналык-Худолазовском поясе на юге ЗМЗ. Интрузивные тела, объединенные в Худолазовский комплекс, прослеживаются по простиранию на десятки и сотни метров и редко на первые километры при ширине выходов в десятки и сотни метров. Интрузивы небольших размеров прорывают осадочные комплексы улутаусской (Б2-3и1), мукасовской (Б3тк) (бывшей колтубанской) и зилаирской свит (Б^т—С^г!) в Худолазовской мульде. Нередко контуры залежей в плане имеют геометрически правильные очертания, что свидетельствует об одновременном проявлении разрывной тектоники и внедрении магматического расплава. Согласно буровым скважинам интрузии прослеживаются вглубь на десятки и первые сотни метров и лишь изредка достигают километра. Также они имеют многоярусное строение, размещаясь, по крайней мере, на двух (предположительно и больше) уровнях, соединяясь между собой узкими дай-кообразными рукавами.

Формирование комплекса носит многофазный характер. Э.М. Бучковский и

Рис. 1. Геологическая карта северо-цент-ральной части Магнитогорской мегазоны (по В.И. Козлову и др., 2001 г.) с изменениями: 1 — массивы палеозойских гранитоидов; 2 — карбонатно-терригенные комплексы среднего карбона; 3 — вулкано-терригенные комплексы раннего карбона; 4 — вулканогенно-осадочные комплексы раннего карбона; 5 — островодужные вулканогенно-осадочные комплексы девона; 6 — раннепалеозой-ские комплексы; 7 — гипербазиты; 8 — докембрий-ские комплексы; 9 — условная граница между Западно-Магнитогорской и Восточно-Магнитогорской зонами; 10 — надвиги. Синклинальные структуры: И — Имангуловская, В — Верхнеуральская, Х — Худо-лазовская, У — Уртазымская

ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ/

/ 2014, том 19, № 1 11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111

Рис. 2. Геологическая карта Худолазовской мульды [3] и детальная схема геологического строения одного из характерных участков пояса развития даек [4, с. 14]: 1 — зилаирская свита (й^т-С^!); 2 — бияго-динская свита (й3Ьд); 3 — мукасовская свита (й3тк); 4 — улутауская свита (й2-3и!); 5 — карамалыташская свита (й2кг); 6 — Басаевский комплекс (Бу) — С1; 7 — Худолазовский комплекс (Ну) — С1э; 8 — Дайковый комплекс (йр) — С1Ь. 9 — субщелочные риолит-порфиры Кизильского комплекса (С1у); 10 — габбро-диориты и габбро-долериты Басаевского комплекса (С^); 11 — диориты Худолазовского комплекса (С1э); 12 — габбро-диориты Худолазовского комплекса (С1э); 13 — габбро Худолазовского комплекса (С1э); 14 — дайки роговообманковых долеритов, долеритов и лампрофиров Дайкового комплекса (С2Ь); 15 — гравелиты, песчаники, глинистые и кремнистые сланцы зилаирской свиты (й^т — С^)

соавторы [1971 ф.; 1974 ф.] выделили 4 фазы образования комплекса: однородные интрузии ^ дифференцированные интрузии ^ гру-борасслоенные интрузии ^ дайковый пояс. Позднее молодые дайки габброидов Д.Н. Са-лиховым были объединены в самостоятель-

ный Дайковый комплекс. В настоящее время он рассматривается как завершающая стадия коллизионного магматизма ЗМЗ, формировавшаяся при столкновении континентальных плит (начиная с башкирско-московского времени). В границах всей ММЗ проявлялись

ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ /

/ 2014, том 19, № ННННННшПа

разнонаправленные сколовые разрывы, контролируемые дайками и малыми интрузиями среднего карбона.

Дайковый комплекс занимает секущее положение относительно всех рассмотренных ранее интрузивных и дайковых образований. Комплекс в наиболее полном объеме проявился в Худолазовской мульде (рис. 2), где он образует пояс, рассекающий интрузии турнейского, визейского и серпуховского возраста по азимуту простирания ССВ 8—11°.

Мы связываем формирование Дайково-го комплекса с началом орогенного режима на Южном Урале, или началом жесткой коллизии. По возрасту этот комплекс соответствует времени формирования кардаиловской свиты С2Ь-т [5, с. 87], в верхах которой развиты фли-шоиды [6]. В Магнитогорской мегазоне выделяются несколько этапов накопления флише-вой формации [7]. В нашем случае флишевое осадконакопление зилаирской свиты отвечает эпохе мягкой коллизии, при которой формировалась первая стадия магматизма ЗМЗ, а формирование флишоидов кардаиловской свиты на юге ЗМЗ — началу жесткой коллизии, к появлению которой приурочена последняя стадия магматизма ЗМЗ. Как известно, формирование флиша обычно сигнализирует о начале орогенных поднятий, связанных с коллизией.

Петрология пород комплексов. Комплексы конформных залежей сложены габбро-норитами, габбро-долеритами, лейкокра-товыми и мезократовыми разновидностями габбро. Породообразующими минералами в габброидах являются плагиоклаз (андезин) и клинопироксен (авгит), лишь в отдельных разновидностях присутствует ортопироксен (гиперстен). По химическому составу породы занимают промежуточное положение между базальтами толеитовой и известково-щелочной серий. Габброиды имеют умеренную и повышенную щелочность калий-натриевого типа. Также породы данной ассоциации коллизионного магматизма имеют следующие пе-трохимические характеристики: повышенная титанистость (ТЮ2 от 1 до 2,5 %), высокая

железистость, средняя и высокая глинозе-мистость, магнезиальность (М^/М^+ТРеО) средняя и высокая (М£# 44—62 %). Высокозарядные элементы (2г, ИГ, и, ТИ) во всех комплексах (рис. 3) имеют повышенные количества относительно состава примитивной мантии [8—9]: максимальные значения в Басаевском комплексе, а минимальные — в Файзуллинском. Группа крупноионных лито-фильных элементов (КИЛЭ) — ЯЬ, сб, 8г, Ва — также характеризуется повышенным и умеренно повышенным содержанием. Примечательной геохимической особенностью пород всех стадий магматизма ЗМЗ является 8е-минимум. Особенно он проявляется в Верхнеуральском комплексе, его габброиды по составу микроэлементов очень схожи с кислыми породами Кизильского комплекса (рис. 3; 4). Однако содержание 8е в габброи-дах Утлыкташского комплекса находится на уровне рифтогенных формаций, хотя V/ 8е—отношения более характерны для вну-триплитных образований [10]. Обедненность габброидов элементами группы железа (V, Со, N1, Сг) также является общим признаком всех ассоциаций. Уровень накопления редкоземельными элементами (РЗЭ) характерен для внутриплитных продуктов магматизма (WPB) [11—12], причем по набору всех микроэлементов габброиды близки к базальтам океанических островов (О1В) [13]. Спектры распределения РЗЭ имеют плавный отрицательный уклон, отношение Ьа/УЬ составляет 1,5 — 8,7. В Утлыкташском массиве рассчитана бБи = 0,162—1,867. Но, к примеру, в Басаевском комплексе Би аномалия имеет отрицательную форму, что свидетельствует о различных (и неравномерных) окислительно-восстановительных условиях кристаллизации магматического расплава.

Нормальнощелочные риолит-порфиры Кизильского комплекса характеризуются неоднородным обогащением сидерофильными элементами (разница в 10 раз). Однако КИЛЭ и высокозарядные (ВЗЭ) характеризуются равномерно повышенными значениями (рис. 3).

ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ

'Б/ /21

2014, том 19, № 1

Рис. 3. Распределение редких и рассеянных элементов в породах конформных комплексов и даек Кизильского комплекса: 35 — 38/2009 — Утлыкташ-ский комплекс; 16/2009, 31/2009, 32/2009, 211/2010, 10/2009, 48/2009, 210/2010, 400-3/2011 — Кизиль-ский комплекс; 11 — Файзуллинский комплекс; 24, п-6 — Басаевский комплекс; 33 — Верхнеуральский комплекс

Рис. 4. Распределение РЗЭ в породах конформных комплексов и даек Кизильского комплекса. См. примечание рис. 3

Геохимия габбро-долеритовых пород даек Кизильского комплекса имеет свои отличительные признаки. Так, КИЛЭ характеризуются равномерно повышенными значениями, а ВЗЭ и особенно элементы группы железа — дифференцированы (рис. 3). Примечательно обогащение пород цезием, концентрации которого даже выше, чем в кислых породах. Спектры распределения РЗЭ (рис. 4) отличаются небольшим отрицательным уклоном и слабо проявленной аномалией Би. Отмечается разная степень накопления легкой группой, а содержание Рг, № и Ьи сопоставимо с риолит-порфирами.

Наибольшим разнообразием петрологических разновидностей отличается ассоциация

следующей стадии коллизионного магматизма. Наибольший объем в ней занимают габброиды: лейко-, мезо- и меланократовые габбро, габбро-диориты (пегматоидные), габбро-долериты. Темноцветные минералы представлены оливином, ромбическим и моноклинным пироксеном и бурой, переходящей в зеленую роговой обманкой и, наконец, биотитом. Ядра полиминеральных зерен представлены оливином, а периферия — ортопироксеном или клинопироксеном. Развиты полиминеральные зерна с ядром клинопироксена и периферией из бурой роговой обманки. Биотит развит по периферии зерен роговой обманки и клинопироксена. Плагиоклаз широкотаблитчатый и удлиненно-призматический, часто рекуррентно-зональный.

Кислые породы Худолазовского комплекса представлены небольшими телами плагиогранитов, прорывающие залежи габбро-диоритов и лейкократовых габбро. Ультраосновные породы образуют самостоятельные тела в виде штоков и представлены рогообманковыми перидотитами (шрисгей-митами).

По химическому составу габброиды Худолазовского никеленосного комплекса отвечают промежуточному типу между толеи-тами и субщелочными базальтами, хотя среди них выделяются и толеиты, и известково-щелочные разновидности, и субщелочные ба-зиты с расчетным нормативным нефелином [14]. В них низкая железистость, умеренно-повышенная и повышенная титанистость — 0,62—2,5%. Количество глинозема на уровне 16—18%, магнезиальность от 32—37 до 53—67% — имеет весьма значительный разброс, причем этот показатель высок для доле-ритовых разновидностей.

В накоплении микроэлементов габброиды отличаются заметной дифференци-рованностью (рис. 5; 6). Содержания всех групп редких и рассеянных элементов имеют значения, отличающиеся в 5—10 раз. Sc минимум в Худолазовском комплексе проявлен слабее, чем в конформных залежах,

ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ /

/ 2014, том 19, № .................

охарактеризованных выше. В целом концентрация находится на уровне примитивной мантии, но встречаются и образцы с содержанием выше, чем в базальтах типа МОЯБ или WCRB (базальты срединно-океанических хребтов и базальты внутриконтинентальных рифтов соответственно). Дефицит сидеро-фильных элементов здесь также проявлен, но, в отличие от конформных комплексов, концентрация мантийного Со значительно выше. Содержание N1 в основных породах — 55—191 г/т, в ультраосновных — в пределах 1000 г/т, Сг — 49-180 г/т и 1280-1400 г/т соответственно. Редкоземельные элементы также накоплены в большом интервале значений. Спектры распределения (рис. 6) свойственны для внутриплитных образований (типа О1Б), хотя имеются единичные образцы с распределением, схожим с базальтами рифтовых об-становок (пробы с повышенным 8е).

100 -|-

—»—8/2009

| _ -е-9/2009

га А ^ 4 —»—28/2009

5 тЖ-' ТО

го щ/л^г —»—47/2009

I 1---ж/

С 0,01

Сб 5г ТИ Ва 1ЧЬ Та Бс У 2г Hf V Со Сг —&--6/09 0,001--

Рис. 5. Распределение редких и рассеянных элементов в породах Худолазовского и Дайкового комплексов: 8/2009, 9/2009, 28/2009, 47/2009 - Дай-ковый комплекс; 40/09, 41/09, 42/09, П3/09, П4/09, П6/09 - Худолазовский комплекс

1.а Се Рг N(1 Бт Ей вс! ТЬ Оу Но Ег Тт УЬ

Рис. 6. Распределение РЗЭ в породах Худолазовского и Дайкового комплексов. См. примечание рис. 5

Самые молодые образования ЗМЗ — субмеридиональные дайки основного состава, представлены следующими типами пород: роговообманковыми долеритами, долерит-порфирами, лампрофирами, габбро-диоритами. Вещественный состав пород даек разных географических широт принадлежит промежуточному типу базитов между субщелочными разновидностями и толеитами. Щелочность в них умеренно-повышенная с калий-натриевым типом специализации. Пе-трохимические компоненты в них находятся в разных значениях: Т1О2 ниже всего в габбро-диорите (0,7%), в два раза выше в роговооб-манковых долеритах и долеритах (1,3-1,7%), а самое высокое значение в габбро-долеритах (2,6%); соответственно глинозем имеет среднее и повышенное значение во втором типе и самое низкое — в третьем; магнезиальность изменяется в близких пределах — Mg# от 52 до 57%.

Геохимические параметры в целом не сильно отличаются от Худолазовского комплекса, хотя имеется ряд отличительных признаков (рис. 5; 6). Если КИЛЭ и сидеро-фильные мантийные элементы характеризуются разбросом значений, то ВЗЭ повышены равномерно. В целом породы Дайкового комплекса еще больше обеднены элементами группы железа, но более обогащены высокозарядными. Спектры распределения РЗЭ (рис. 6) абсолютно идентичны с Худолазов-ским комплексом, но содержания этих элементов в целом заметно выше, чем в предыдущей ассоциации и более типичны для пород внутриплитных формаций.

Выводы. В ходе исследования геологических условий и петрогеохимического состава продуктов каменноугольного магматизма ЗМЗ мы выделили четыре стадии интрузивного магматизма ЗМЗ. Мы предполагаем, что ее геодинамическое развитие происходило в режиме коллизии, сначала «мягкой», затем «жесткой». Благодаря транспрессивно-му тектоническому режиму в зоне скольжения структурных единиц сформировались

ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ/

/ 2014, том 19, № 1 11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111