CC BY
42
УДК 552.4
МИЛПНИТНЗНРОВАННЫЕ ПОРОДЫ ИЛЬМЕНОГОРСКОГО КОМПЛЕКСА
(ШХСНЫЙ УРАЛ]
Е. В. Медведева 1, В. А. Котляров 2, А. Б. Немов 1 mev_62@inbox.ru 1 Ильменский государственный заповедник УрО РАН, Миасс 2 Институт минералогии УрО РАН, Миасс
Рассмотрены особенности минеральных ассоциаций милонитизированных пород Ильменогорского комплекса. Определены термодинамические условия формирования милонитизированных пород селянкинской и саитовской серий, которые соответствуют условиям амфиболитовой фации 550—650 °С и 5—7 кбар.
Ключевые слова: сдвиговая зона, амфиболитовая фация, милониты, Ильменогорский комплекс.
THE MYLONITE ROCKS FROM THE ILMENOGORSKY COMPLEX
(THE SOUTHERN URALS]
E. V. Medvedeva 1, V. A. Kotlyarov 2, A. B. Nemov 1
1 Ilmensky State reserve UB RAS, Miass
2 Institute of Mineralogy UB RAS, Miass
The features of mineral associations from mylonite rocks were examined. The thermodynamic conditions of formation of mylonite rocks from selyankinskaya and saitovskaya series were determined. They correspond to the conditions of amphibolite facies 550—650 °С and 5—7 kbar.
Keywords: shear zone, amphibolite facies, mylonites, Ilmenogorsky complex.
Введение
Ильменогорский комплекс представляет собой южный сегмент региональной сдвиговой зоны [1, 5], расположенной на восточном склоне Южного и Среднего Урала (Восточно-Уральское поднятие). Исследования геологической ситуации этого комплекса в последние годы показали, что большой объем пород различного генезиса был подвержен деформационным процессам. Среди деформированных пород из различных структурно-вещественных подразделений выделяются милонитизированные породы, бластомилониты и ультрамилони-ты, в зависимости от степени деформации и определенных термодинамических условий.
В работе представлены результаты исследования милонитизирован-ных пород из селянкинской (гранат-
биотитовые гнейсы) и саитовской (гранат-амфибол-кварц-полевошпатовые сланцы) серий. Определена степень деформации пород, изучены химический состав минералов, последовательность минералообразования и термодинамические условия формирования пород.
Геологическое строение
Современные взгляды на геологическое строение ильменогорского комплекса отражены на схематической геологической карте, составленной В. И. Ленных в 2002 г., и в опорном разрезе средней части Ильмено-горско-Сысертской полиметаморфической зоны [1], а также в схематической карте геологического строения Ильменских и Вишневых гор (рис. 1). В южном сегменте полиметаморфической зоны, ограниченной с востока
и запада зонами тектонических нарушений, выделяются три структурно-вещественных подразделения.
Селянкинская серия, представленная преимущественно мигматизи-рованными гнейсами, образует тектонические клиновидные выступы в осевой части структуры. Возраст этих пород относится к раннему протерозою (1850—2200 млн лет) [4]. Породы метаморфизованы в условиях амфиболитовой фации, наложенной на гра-нулитовую, входят в состав фундамента платформы.
Ильменская серия включает породы, относимые ранее к фирсовской, ильменогорской и еланчиковской толщам. Представлена преимущественно гнейсами и плагиогнейсами биотитовыми, гранат-биотитовыми; амфиболитами гранатовыми и пиро-ксеновыми; кварцитами биотитовы-
ми, гранат-биотитовыми, биотит-графитовыми; линзообразными телами кальцифиров. В пределах еланчиков-ской толщи широко распространены
гранитоидные мигматиты, которые, собственно, и являются гранитоидны-ми бластомилонитами. Возраст ильменской серии 0.6—0.9 млрд лет [3]. Степень метаморфизма имеет различные градиенты — от амфиболитовой (возможно, с реликтами гранулито-вой) до эпидот-амфиболитовой.
Саитовская серия включает в свой состав кыштымскую, саитов-скую, аракульскую и игишскую толщи. Представлена преимущественно метатерригенными породами утоненного чехла окраины платформы: гранат-биотитовыми, биотитовыми, дву-слюдяными плагиосланцами, темно-серыми графитистыми и фосфорито-носными кварцитами, линзовидными телами амфиболитов и мраморов. Интрузивные образования представ -лены породами сиенит-карбонатито-вой, мафит-ультрамафитовой ассоциаций и гранитоидами. Границы между сериями пород тектонические, контролируются зонами бластомилони-тов, милонитов и телами метагипер-базитов. Тектонизированные породы составляют до 60 % от общего объема всех пород комплекса.
Методика исследования
Состав петрогенных компонентов породы был определен атомно-абсорбционным методом. Микро-зондовые анализы составов минералов были выполнены на растровом электронном микроскопе РЭММА-202 с микроанализатором (ИМин УрО РАН, аналитик В. А. Котляров). Стандарты: гранат № 87375 (пироп-альмандин) и № 17524 (гроссуляр-альмандин); амфибол № 111356 (ф ерримагнезиогорнблендит); слюда STD19 «Astimex scientific limited» при разрешении детектора 160 эВ, ускоряющем напряжении 20 кВ, силе тока 3x10—3 А. Расчет термодинамических равновесий для минеральных ассоциаций милонитизированных пород был произведен методом TWEEQU [6] с использованием базы термодинамических данных 1992 г., а также с применением программ
TWQ_ Comb и TWQ_ View Д. В. Доли-во-Добровольского ИГГД РАН. В основу расчета заложены микрозон-довые анализы сосуществующих минералов. Верность расчета определяется числом линейно-независимых минальных реакций (IRmin=3): чем больше число реакций, тем более надежны результаты термобарометрических исследований.
Геологическое положение
милонитизированных пород
Большая часть пород Ильмено-горского комплекса характеризуется меридиональным простиранием и вертикальным падением или падением на запад под углом 70—85 ° и представлена тектонитами — мило-нитизированными породами, ульт-рамилонитами, бластомилонитами. В районе оз. Ишкуль на незначительном расстоянии друг от друга совмещены породы селянкинской и саитовской серий, степень их деформации позволяет установить принадлежность этих пород к генетическим типам серий. Милонитизи-рованным породам свойственны следующие признаки: линейная деформационная гнейсовидность, упорядоченные структуры пластического течения, сигмоидные и деформированные зерна граната и полевого шпата, рассланцевание, параллелизм линзообразных обособлений тонкоперетертого материала, а также чередование тонкоперетерто-го материала и участков с гетерогра-нобластовой структурой.
Милонитизированные гранат-биотитовые гнейсы селянкинского комплекса, расположенные на северо-западном берегу оз. Ишкуль (Иш 12-10 N 55 17 26.8; E 60 15 16.9), образуют многочисленные меридиональные протяженные коренные выходы. Милонитизированные гранат-амфибол-кварц-полевошпатовые сланцы (Иш 13-07 N 55 17 30.88; E 60 16 52.58) саитовской серии обнажаются в понижениях рельефа на северо-восточном берегу оз. Ишкуль.
Рис. 1. Схематическая геологическая карта района Ильменских и Вишневых гор (по данным А. Г. Баженова, Ю. Н. Кошевого, Г. П. Кузнецова, В. И. Петрова, В. И. Ленных в интерпретации А. И. Русина, с дополнениями авторов) [5].
1 — селянкинская серия, амфиболит-гнейсово-плагиомигматитовая (AR-Ptj), 2 — массивы миаскитов (O2), 3 — милониты гранитоидного и сиенитового состава (P2-Tj (?), 4 — милониты Кыштымского сдвига-надвига; 5 — еланчиковская толща — тектониты гранитоидного состава, 6 — саитовская серия, метатерригеннная, 7 — зеленосланцевые осадочно-вулканогенные комплексы Западно-Магнитогорской и Арамильско-Сухте-линской зон, 8 — Увильдинский монцонит-гранитный комплекс (Pz3), 9 — гнейсо-видные граниты Кисегачского комплекса, 10 — метагипербазиты, 11 — участок работ
Рис. 2. Порфирокласт граната из милонитизированного гранат-биотитового гнейса, образующий о-идную структуру и развернутый относительно сланцеватости (слева стрелками показано направление сдвига), и гранат-амфибол-кварц-полевошпатового
Петрографо-минералогическая характеристика пород
Милонитизированные гранат-биотитовыегнейсы. Породы светло-серого цвета с яркими порфирокластами граната, обрамленными «хвостиками» полевого шпата, вытянутыми вдоль плоскости скольжения. В общей массе породы хорошо заметны сигмоидные порфирокласты полевого шпата. Основная масса породы сложена милони-тизированным агрегатом полевых шпатов, кварца и слюды. Минеральный состав, об. %: плагиоклаз — 40, биотит — 25, гранат — 10, мусковит — 15, калиевый полевой шпат — 8, титанит, ильменит, циркон — 3. Порфирокласты граната и полевого шпата составляют до 30 % от общего объема породы, что соответствует мезомилониту [7].
Гранат образует порфирокласты размером от 1 до 25 мм, по составу соответствующие альмандину (¡" 94—97): центр — Ру3 3А1т70 3Бре886 2Са202, край — Ру2 2А1тб7 4Бре88119Са18 5 (рис. 2, слева), в матриксе отмечены идиобласты граната альмандинового состава.
сланца (справа)
Слюда представлена двумя разновидностями — аннитом и мусковитом. Аннит образует включения в гранате и самостоятельные индивиды среди милонитизиро-ванного гранобластового агрегата и характеризуется составом
К0.98(^'е2 1.83М%84Мп0.03Т\).15А10.52)2.99Х х(812 86А11Л4)4010(0Ы,Р)2. Часто индивиды биотита облегают порфиробласты граната, располагаясь в обрамлении кварц-полевошпатового агрегата. Мусковит представлен в виде гнездообраз-ных скоплений чешуек среди биотит-по -левошпатового агрегата, реже образует единичные индивиды среди рекристал-лизованной массы вокруг порфирокла-стов граната и характеризуется составом
0.22М^0.10Т0.02А11.66)2(^3.09А11.91)4Х
х0ю(0Ы,Р)2.
Полевые шпаты представлены преимуществено анортитом (Ап 74— 84), реже обнаруживаются зерна калиевого полевого шпата(Кз 9№0 06Ба0 02)х хА109981308(Ба 0.45 вес. %).
Реликтовым минералами в этой породе являются гранат из порфи-рокластов, аннит и плагиоклаз
(Ап 74—84); новообразованными — гранат из идиобластов, мусковит, альбит-олигоклаз рекристаллизован-ной матрицы. Калиевый полевой шпат с заметным содержанием бария связан с общим для всей сдвиговой зоны процессом калишпатизации.
Милонитизированные гранат-амфибол-кварц-полевошпатовые сланцы. Породы темно-серого цвета с хорошо заметными порфирокластами красно-коричневого граната размером от 2 до 15—17 мм, расположенными среди милонитизированного агрегата зерен амфиболов, биотита, полевых шпатов, кварца.
Минеральный состав, об. %: амфиболы — 40; полевые шпаты — 25; кварц — 20; гранат — до 10; биотит — до 5; ильменит, апатит, магнетит — до 1.
Основная масса породы сложена интенсивно милонитизированным ге-терогранобластовым агрегатом кварца, полевого шпата и амфиболов, чередующимся с линзообразными обособлениями рекристаллизованного агрегата полевошпат-кварцевого состава. Лентовидные и линзовидные обособления
ш
ч
Г;- г V . ' * --1 -- > * * *" "-V 'л „ ■ . ■-■
. ■ - ч
Рис. 3. Милонитизированный гранат-амфибол-кварц-полевошпатовый сланец: идиобласт граната (слева) и порфирокласт
амфибола (справа)
тонкоперетертого милонитизирован-ного материала располагаются параллельно направлению скольжения и рассланцевания породы.
Порфирокласты граната содержат многочисленные включения кварца, полевого шпата и рудного минерала (магнетит, ильменит), уплощены и слегка вытянуты вдоль субгоризонтальной оси скольжения, иногда они разбиты сетью трещин, выполненных тонким милонитовым агрегатом (рис. 2, справа). На периферии порфи-рокластов отмечаются процессы рекристаллизации как матрикса, так и новообразованных зерен граната. Состав граната крупных порфирокластов соответствует альмандину (f 84—87): центр — Py6.6Alm72.0Spess6.0Ca154, край — Py9 3Alm771Spess4 1Ca9 4. Состав мелких идиобластов граната (рис. 3, слева) однородный: Py8 0Alm75 3Spess6 3x xCa10 5, близок к составу краевых рек-ристаллизованных частей порфирок-ластов.
Амфибол представлен двумя минеральными разновидностями: феррочермакитом (K0 02Na0 35)0 37x X(<Ca1.77INa30+.23) 2.0(]V[S1.3(S,e2+1.96X XMn0.01)3.27(Fe 1.13AW'Tl0.03)1.72(Si6.1Al1.9)8X
xO22(OH)2 (Amph1) и грюнеритом Mg.
Na0.09(Ca0.11Fe2+4.17
Рис. 4. PT-диаграмма химических реакций милонитизированных пород: 1, 2 — линии минерального равновесия гранат-биотитовых гнейсов (1) и гранат-амфибол-кварц-полевошпатового сланцев (2); 3, 4 — области равновесия милонитизирован-ных гранат-биотитовых гнейсов (3) и милонитизированных гранат-амфибол-кварц-полевошпатовых сланцев (4)
Для милонитизированного гра- Литература
нат-амфибол-кварц-полев°шпатово- 1. Ворощук Д. В., Русин А. И. Опор-
то сланца при использовании мине- ный геологический разрез средней ча-
■2.64Mn0.03)6.95X
Х(817.81А10.1б)7.97°22(ОН)2(АтРЬ2)- В шлифе хорошо заметны порфирокла-
сты амфибола с характерной структурой ядро—оболочка (рис. 3, справа).
Слюда представлена в виде чешуек среди милонитизированнного материала (Т1 до 3 %) и в виде включений в порфирокластах граната, соответствует минеральному виду аннит
^0.05К0.74(Ре2+1.87Мё0.86Т10.02Х ХА10.25)3(812.92А11.08)4°10(ОН,Р)2 или Кс.бб(Ре2- 2.06М^0.56Т0.18А10.18)3(^2.72А11.28)4Х
Х°10(°Н,Р)2. Полевые шпаты образуют индивиды состава АЬ 70—85, которые иногда создают полисинтетические двойники. Из акцессорных минералов присутствует ильменит, магнетит, апатит.
Термодинамические условия
образования пород
Для милонитизированного гра-нат-биотитового гнейса было использовано 1Я=5, задействован состав следующих минералов: гранат, биотит (аннит и флогопит), плагиоклаз (анортит и альбит), ильменит, мусковит и калиевый полевой шпат. Достоверная область устойчивости для этой минеральной ассоциации определяется интервалом 610 — 635 °С, 5.7—6.3 кбар (рис. 4).
ральной ассоциации, включающей гранат, чермакит, альбит, биотит (аннит и флогопит), ильменит (IR=3), получена равновесная область в интервале 550—560 °С и 7—7.2 кбар.
Область равновесия для ряда минералов: гранат, чермакит, альбит, кварц, ильменит — характеризуется более низкой температурой, но высоким давлением, что свидетельствует о большей отзывчивости минеральной ассоциации этой породы на сдвиговую тектонику.
Выводы
Ильменогорская сдвиговая зона характеризуется деформационными микроиндикаторами, соответствующими правому горизонтальному сдвигу [8]. Милониты из различных СВП ильменогорского комплекса селянкинской и саитов-ской серий, формировались в условиях амфиболитовой фации в интервале температур 550—650 °С и при давлении 5—7 кбар, что соответствует глубине 25—28 км.
Породы, подверженные сдвиговым деформациям, сложены неравновесными минеральными ассоциациями. PT-параметры образования таких пород также зависят от активности и состава флюида, что приводит к локальному проявлению фаци-альных параметров. В тектонофизи-ческих моделях сдвига в качестве уровня катакластического течения вещества предполагается диапазон глубин от 17 (22) до 30(40) км [2].
сти Ильменогорско-Сысертской полиметаморфической зоны // Путеводитель геологических экскурсий. Екатеринбург: УрО РАН, 2003. С. 64—95.
2. Гинтов О. Б., Исай В. М. Текто-нофизические исследования разломов консолидированной коры. Киев: Наукова думка, 1988. 225 с.
3. Краснобаев А. А., Давыдов В. А. Возраст и происхождение ильмено-горской толщи по данным цирконо-логии // Доклады РАН, 2000. Т. 372. № 1. С. 89—94.
4. Краснобаев А. А., Леннык В. И., Холодное В. В., Жданова С. Н. О реликтах гранулитового метаморфизма в породах ильменогорского комплекса (Южный Урал) // Доклады АН СССР, 1980. Т. 253. № 5. С. 1193—1196.
5. Русин А. И., Краснобаев А. А., Вализер П. М. Геология Ильменских гор: ситуация, проблемы // Геология и минералогия Ильменогорского комплекса: ситуация и проблемы. Миасс: ИГЗ УрО РАН, 2006. С. 3—19.
6. Berman R. G. Thermobarometry using multi-equilibrium calculations; a new technique, with petrological applications // The Canadian Mineralogist, 1991. V. 29. № 4. Pp. 833—855.
7. Atlas of Mylonites- and related microstructures // R. A. J. Trouw-Cees, W. Passchier,-Dirk J. Wiersma Springer, 2010. 322 p.
8. Deformation Microstructures and Mechanisms in Minerals and Rocks Blenkinsop. Tom GKluwer Academic Press, 2000. 150 р.
Рецензент д. г.-м. н. В. А. Петровский
