CC BY
62
УДК: 551.71+551.14 (470.4/5)
Р.Х. Масагутов1, Т.В. Иванова2, Д.И. Иванов2
1ОАО АНК «Башнефтъ», Уфа, [email protected] 2ООО «БашНИПИнефтъ», Уфа, [email protected]
НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ РАЗВИТИЯ И СТАНОВЛЕНИЯ АРХЕЙСКОЙ ЗЕМНОЙ КОРЫ ЮЖНО-ТАТАРСКОГО СВОДА
Проявившиеся в архее два тектоио-магматических цикла на всех континентах последовательно сформировали офиолитовую (базальтовую) и бимодальную (андезито-базальтовую) ассоциации. Магматические породы этих ассоциаций под влиянием метаморфизма высокотемпературных (гранулитовой и амфиболитовой) фаций и складкообразования были превращены в метаморфические породы от основного до кислого состава. Таким способом была сформирована континентальная архейская зеленая кора. Нижний «базальтовый» слой ее сложен метабазита-ми первой офиолитовой ассоциации, а верхний «гранитный» - гранитидами, образованными в результате метасо-матического превращения метабазитов, и метаморфическими породами второй бимодальной ассоциации.
Ключевые слова: архей, комплекс, чарнокит, парагенез, метасоматоз.
Архейский фундамент Южно-Татарского свода привлекает пристальное внимание геологов-нефтяников как резерв пополнения ресурсов углеводородного сырья (Муслимов, 2003). В связи с этим получение новых данных о составе, строении, генезисе метаморфических пород фундамента могут внести определенный вклад в решение проблемы его нефтегазоносности.
Согласно общей стратиграфической шкале докембрия архейская земная кора образовалась в период 3,7; 3,5-2,6 млрд. лет (Салоп, 1973). Архейский возраст изучаемых пород Волго-Уральской области определен изотопным U-Pb методом по циркону и составил 2,79 млрд. лет (Бибикова и др., 1984). Термоизохронным Pb-Pb методом возраст цикронов из пород фундамента глубокой скв. 20000 Миннибаево, пробуренной на ЮТС, составил 2,952,65 млрд. лет (Багданова, 1986). Определенный K-Ar методом возраст пород архея глубокой скв. 2000 Туймазы на ЮТС равен 2,57 млрд. лет (Постников, 1967). Наиболее древняя цифра геологического возраста архейских образований получена Sm-Nd методом (3,65 млрд. лет) для Украинского щита (Наливкина, 2004).
К концу XX века по проблеме генезиса и возраста метаморфических пород архея существовало множество, не
стыкующихся между собой, представлений. Так, присутствие в породе идиоморфных контактов между зернами служило нередко основанием для отнесения ее к категории магматических (Постников, 1967; Морозов и др., 1970; Лапинская и др., 1992). По данному поводу Ф. Дж. Тернер (1951) делает вывод о способности многими минералами в условиях высокотемпературных фаций метаморфизма образовывать идиоморфные зерна и порфирообласты. Обусловлено это явление свойством минеральных зерен развиваться в присущей им кристаллической форме, преодолевая сопротивление окружающего субстрата.
Проведенное Э.Б. Наливкиной (2004) детальное всестороннее изучение разрезов архея Балтийского, Украинского и Енисейского щитов выявило, что структурные признаки метаморфических пород не дают исчерпывающих представлений о генезисе и составе их исходного субстрата. Результаты этих исследований, включающих детальное исследование минеральных парагенезов пород различных ступеней метаморфизма, позволили Э.Б. Наливкиной (2004) разработать концепцию тектоно-магматической эволюции континентальной земной коры в раннем докембрии. Согласно этой концепции самая древняя, архейская, земная кора на всех континентах сформирована в ходе раз-
Окончание статьи Т.А. Бакиева, В.Р. Хакимова «Повышение эффективности и надежности транспортировки...»
T.A. Bakiev, B.R. Khakimov. Efficiency and reliability enhancement of natural gas transportation based on the modern technologies implementation.
Industrial safety assurance of gas transmission equipment is associated with the elaboration of measures for reliability management of technical devices operation. The article shows the results of integrated management system usage, developed in LLC «Gazprom transgaz Ufa». The system enables to effectively use the allocated resources for the maintenance and equipment repair.
Keywords: Geographical Information Systems, reliability, equipment performance.
Тагир Ахметович Бакиев Начальник Инженерно-технического центра-филиала ООО «Газпром трансгаз Уфа», доктор тех. наук, профессор, член Отделения АН РБ.
Уфа, ул. Батырская, 14-30. Тел.: 89177938520.
Басиль Рашитович Хакимов Заместитель генерального директора по производству ООО «Газпром транс-газ Уфа».
Уфа, ул. З. Исмагилова, 8-7. Тел.: 89178005315.
в— научно-технически и журнал
8 (50) 2012 I еоресурсы
вития двух стадии: «океанической» и континентальной, повторившихся в архее дважды. Вначале была образована примитивная офиолитовая ассоциация преимущественно базальтового состава, сменившаяся во времени бимодальной базальт-андезитовой ассоциацией. Обе ассоциации имели многокилометровые мощности и были подвергнуты ультраметаморфизму со складкообразованием. «Океаническая» стадия для офиолитовой ассоциации выделена условно, так как океаны появились только к концу архея (Наливкина, 2004).
Данная концепция открыла возможность для широкого применения историко-геологического метода при изучении разрезов докембрийских метаморфических толщ. Основным принципом этого метода является установление в породах, возникших в разное время, специфических черт, не проявившихся ни раньше, ни позже. Используя этот метод, Э.Б. Наливкина (2004) выделила в составе архейской земной коры пять структурно-вещественных комплексов: I
- гранулито-метабазитовый, II - магнетитовый, III - грану-лито-метабазитовый, гранитизированный, IV - амфиболит-диорит-гранодиорит-плагиогранитовый; V - амфиболит-гнейсовый. Нами добавлен еще VI комплекс - амфиболит-гнейсовый, гранитизированный. НУ комплексы слагают офиолитовую ассоциацию, У-У - бимодальную.
Породы всех шести вышеназванных комплексов выявлены нами в разрезах скважин ЮТС. Наиболее полная информация об их составе и строении получена по материалам бурения глубоких скважин 20000 Миннибаево (МНБ) и 2000 Туймазы (ТМЗ). Первая вскрыла архейские образования на глубину 3820 м, вторая - на 2270 м.
Образованные на ранней «океанической» стадии породы первого гранулит-метабазитового комплекса вскрыты в скв. 20000 МНБ, 20009 Елховская, 20015 Сотниковская и других скважинах центральной части ЮТС (Рис. 1). Однако присутствуют здесь они в виде разрозненных реликтовых тел среди пород третьего комплекса (Рис. 2). Представлены ме-табазиты основными (пироксен-плагиоклазовыми) кристал-лосланцами, реже - плагиогнейсами того же состава. Минеральный состав кристаллосланцев: плагиоклаз (битовнит
- анортит № 75-93) - 10-15%, гиперстен - 20-50%; салит - 540%; гастингсит - 10-30%. Пироксеновые плагиогнейсы образованы на начальной стадии метаморфической дифференциации кристаллосланцев и обособлении меланокра-товой и лейкократовой частей породы, в результате чего образована гнейсовидная текстура (Богданова, 1986). По химсоставу описанные породы соответствуют базальтам нормального и щелочного ряда (Заварицкий, 1956), отличаются повышенным содержанием БеО, М^О, СаО. В составе щелочей преобладает натрий. Метабазиты первого комплекса выявляют постоянство химсостава на удаленных друг от друга территориях (Табл. 1). Метаморфизм, образовавший данные породы, был изохимическим.
Метабазиты первого комплекса на континентальной стадии были подвергнуты гранитизации и преобразованы в гранитоиды. В ходе данного процесса высвободилось значительное количество железа, ставшего источником для формирования пород второго комплекса. Это магнетито-вые кварциты (эулизиты), пироксен-магнетитовые кварциты и другие, содержащие магнетит, породы. Э.Б. На-ливкина (1989) предполагает наличие магнетитового слоя вдоль нижней границы зоны региональной гранитизации.
Северо-Татарский свод
183?
№
Серноводско-Абдулинский прогиб
1.
2.
3.
1 - первый-третий; 2 - четвертый; 3 - пятый-шестой комплексы ф - фундамент 2000-5000 м • - фундамент 150-500 м • - фундамент 500-2000 м о - фундамент <150 м
Рис. 1. Схематическая карта поверхности эрозионного среза архейской земной коры Южно-Татарского свода.
На ЮТС установлены Сулеевская и Асташская магнитные аномалии, а в скв. 2217 Калмыковская бурением вскрыты пироксен-магнетитовые кварциты, залегающие в нижней части третьего комплекса. Их минеральный состав: плагиоклаз (лабрадор) - 5-15%; гастингсит - 10-20%; гиперстен - 15-20%; коричневый, высокотемпературный, биотит первой генерации - 1-5%; кварц - 10-35%; магнетит - 10-15%. Содержание магнетита в окварцованных участках достигает 25-30% (Лапинская и др., 1992).
Конечным продуктом гранитизации явились граниты (чарнокиты). Переход от метабазитов к чарнокитам происходил путем последовательного образования пород диоритового, гранодиоритового и плагиогранитового состава, образовавших чарнокитовую формацию или третий комплекс (Наливкина, 2004). Рассматриваемые гранитои-ды отличает обязательное присутствие плагиоклаза анти-пертитового типа и гиперстена, наиболее стойкого темноцветного минерала гранулитовой фации метаморфизма (Тернер, 1951; Винклер, 1969).
Все типы гранитоидов установлены в фундаменте скв. 20000 МНБ. Здесь присутствуют диорито-чарнокиты, гра-нодиорито-чарнокиты, плагиочарнокиты и собственно чарнокиты. Каждый из названных типов пород образует слои, пачки толщиной от 5 до 60 м. Все породы связаны между собой постепенными переходами. Выявлены крупные петрохимические циклы, нижняя часть которых сложена метабазитами первого комплекса. При удалении от них прослеживается постепенный рост кислотности пород от диоритов до чарнокитов (Рис. 2). Эта закономерность была отмечена С.В. Богдановой (1986). Диорито-чар-нокиты имеют следующий минеральный состав: плагиоклаз (андезин-лабрадор № 40-58, часто антипертитового типа) - 40-60%; гиперстен - 15-30%; гастингсит - 2-5%; коричневый, высокотемпературный, биотит первой генерации - 0-5%; кварц - 5-25%. Описываемые породы имеют повышенное содержание БеО, MgO и СаО и пониженное - К2О (Табл. 1). Исходя из состава породообразующих
I-^^шшж р~ научно-технический журнал
ШЛ Георесурсы 8 (50) 2012
минералов очевидно, что формирование пород первого, второго комплексов, а также диорито-чарнокитов третьего комплекса происходило в условиях самой высокотемпературной гранулитовой фации метаморфизма. Генетическое родство вышеназванный типов пород подтверждается идентичностью состава их породообразующих минералов и общностью структур метаморфического типа. Минеральный состав гранодиорито-чарнокитов таков: плагиоклаз (олигоклаз-андезин №25-40, нередко антипертитового типа) - 50-70%; кварц - 20-30%; гиперстен - 5-10%; роговая обманка - 10-15%; коричневые биотит - 0-5%; гранат - 0-10% (Рис. 3). В сравнении с диорито-чарнокитами в них обнаружено пониженное содержание FeO, MgO и CaO.
Среди пород третьего комплекса присутствуют высокоглиноземистые разности. Их породообразующие минералы: плагиоклаз (олигоклаз-андезин, нередко антипертитового типа) - 30-60%; кварц - 15-30%; коричневый биотит - 5-10%; роговая обманка - 5-10%; гранат - 5-10%;
силлиманит - 2-5%; кордисрит -2-5%; гиперстен - 0-5%; графит -0-5%. По основности плагиоклаза и химсоставу данные породы соответствуют гранодиорито-чарнокитам (табл.1). Присутствие граната, силлиманита и кордие-рита в описываемых породах сле-удет объяснять образованием их в условиях повышенный давлений высокотемпературных фаций регионального метаморфизма (Тернер, 1951; Винклер, 1969; Богданова, 1986). Образование графита в высокоглиноземистых породах произошло в результате реакции между железистыми силикатами породы и летучими соединениями серы и углерода (CS2, COS и др.), которая может происходить только в условиях высоких температур и давлений. Результатом этой реакции, кроме гра-
Глубина, м Петрографическая колонка
2000 + + + + + +
2500 L L L L L L
_+ +_+ +_+
X X X X X X X
3000 —1— —1— —ь-
3500 ++++++ ~LLTLL ~L~
4000
4500 + + + + + + L L L L L L
5000 L L L L L L L L L L L L
5500
6000 X X X X X X X
'1 i'
L L L
фита, являются сулыфиды железа (Тернер, 1951). На присутствие пирита в вы1сокоглиноземистыгх породах указывает Т.А. Лапинская и др. (1992).
С началом образования гранодиорито-чарнокитов произошло понижение ступени метаморфизма до амфиболи-товой фации, следствием чего явилосы понижение основности плагиоклаза (до андезин-олигоклаза) и появление значительного количества роговой обманки, заместившей собою часты гиперстена и гастингсит. Следующая стадия гранитизации проявиласы в формировании плагиочарнокитов, развившихся в виде светлоокрашенный полос по более тем-ноокрашенным породам третьего комплекса. Так образо-валисы полосчатые и теневые мигматиты, имеющие мета-соматический генезис, что подтверждается наследованием плагиочарнокитами от пород предыдущих стадий антипер-тита, граната, кордиерита и гиперстена, а также метаморфических структур. Количественное соотношение породообразующих минералов в плагиочарнокитах следующее: плагиоклаз (олигоклаз №15-30, часто в антипертитовыгх сростках) - 40-70%; калиевый полевой шпат (микропертит) - 510%; кварц - 15-40%; коричневый биотит - 5-10%; гранат -2-10%; кордиерит - 0-5%; силлиманит - 0-5%; гиперстен -0-5%. По химсоставу плагиочарнокиты ближе всего стоят к низкощелочным гранитам (Табл. 1).
На последней стадии гранитизации были образованы собственно чарнокиты. В их составе присутствуют: плагиоклаз (кислый олигоклаз № 12-25, часто образующий антипертит) - 10-20%; калиевый полевой шпат (микропертит) - 60-70%; кварц - 10-30%; коричневый биотит - 520%; гранат - 0-10%; кордиерит - 0-5%; силлиманит - 05%; гиперстен - 0-5%. Генетическое родство чарнокитов с плагиочарнокитами подтверждается общностыю их ми-нералыного состава. Отличие лишь - в многократном превосходстве в чарнокитах калиевого полевого шпата над плагиоклазом, представленным кислой разностью. По этой причине чарнокиты ближе всего стоят к нормалыным гранитам, но отличаются от них структурными особенностями и присутствием в небольших количествах минералов, не характерных для гранитов (гиперстена, силлиманита, кордиерита, граната).
При образовании чарнокитов, прежде всего, встает вопрос об источнике калия. По нашим представлениям,
+ + +
О
Рис. 2. Схематический разрез фундамента скв. 20000 Миннибаево. 1 - Пи-роксен-плагиоклазовые кристалло-сланцы и гнейсы первого комплекса; 2-5 - гранитоиды третьего комплекса; 2 - диорито-чарнокиты; 3 - гра-нодиорито-чарнокиты; 4 - плагиочарнокиты; 5 - чарнокиты; 6 - дайки габбро-диабазов позднего протерозоя.
Рис. 3. Распределение К20 в базальтах и метаморфических породах офиолитовой ассоциации скв. 20000 Миннибаево.
1.52 1.18___—- 1.61 /
0.98
Все базальты поДели Основные кристаплосланцы Диорито-чарнокиты Гранодиорито-чарнокиты Плагиочарнокиты Чарнокиты
|— научно-техническим журнал
8 (50) 2012 I еоресурсь
калии накапливался постепенно в ходе всего предшествовавшего метаморфического процесса за счет более высокого его содержания в исходных базальтах в сравнении с новообразованными по ним метаморфическими породами. Так, в метабазитах первого комплекса содержание К20 в 3,5 раза ниже по сравнению с таковым во всех базальтах по Р.А.Дели (ЗаварицкиИ, 1956). По содержанию калия с базальтами сравнялись лишь плагиочарнокиты, что указывает на начальную стадию проявления калиевого метасоматоза при их образовании. Максимум этого процесса проявился в момент формирования чарноки-тов, в которых превосходство калия над базальтами стало четырехкратным (Табл. 1; Рис. 3).
Метаморфизм гранитизации был аллохимическим, проявился краине неравномерно, образовав мозаичное строение толщ пород, сложенных первым и третьим комплексами (Рис. 2). В ряду от диорито-чарнокитов к собственно чарнокитам отмечается: снижение основности плагиоклаза от андезин-лабрадора до кислого олигоклаза; появление калиевого полевого шпата в кислых разностях гранитоидов (плагиочарнокитах) и увеличение его до максимального количества в собственно чарнокитах. Для всех пород первого и третьего комплексов установлено постоянство величины отношения БеО/М^О, равноИ менее двум единицам, унаследованной от базальтов. По химическому и минеральному составу породы рассмотренных комплексов ЮТС уверенно сопоставляются с таковыми Украинского и БалтиИского щитов, данные по которым приведены Э.Б. НаливкиноИ (2004).
Таким образом, гранитизация метабазитов офиолито-воИ ассоциации обусловила на данном этапе формирование археИскоИ земноИ коры, сложенной первоИ «океанической» и первоИ континентальноИ, складчатоИ, ее частями. «Океаническую» часть представляют метабазиты первого комплекса. Преобладающие в его составе пироксен-плагиоклазовые кристаллосланцы являются петрографическим репером этого комплекса и в целом всеИ офиолитовоИ
Оксиды Четвертый комплекс
Кварцевые диориты Гранодиориты Плагиограниты
Скв. 2000 ТМЗ (ЮТС) КСГС (БЩ) Скв. 2000 ТМЗ (ЮТС) КСГС (БЩ) Скв. 2000 ТМЗ (ЮТС) КСГС (БЩ)
Si02 64,16 65,52 66,48 67,66 70,25 71,37
ТЮ2 0,59 0,52 0,49 0,47 0,45 0,40
AI2O3 16,50 16,70 16,37 15,53 15,61 14,74
FeaOa 1,43 1,78 1,20 0,97 1,08 0,62
FeO 3,68 2,84 2,69 2,70 2,05 2,28
MgO 2,40 1,71 1,85 1,62 1,42 1,45
CaO 4,68 4,00 4,20 4,05 4,00 3,93
Na20 4,17 4,42 4,00 4,00 3,89 3,82
K20 1,33 1,35 1,20 1,16 0,98 0,94
n 16 28 11 8 12 7
Первый комплекс Третий комплекс
Основные кристаллосланцы Диорито-чарнокиты Гранодиорито-чарнокиты Выскоко-глиноземистые породы Плагиочарнокиты Собственно чарнокиты
Оксиды о О Я н § Q гя О « a \ 1 3 о§ у « ее И, S и о О Я н § Q ГЦ О « la* et Ю § M 0 и Я ^ § Q <ч О о О S н § 2 ГЦ О « ЕЙ '—- et И, § ¡4 /»"N о О S н § Q ГЦ О « et te S и о О S н § g гц О
s э о а 1 ё ч Ч я а и а JI й а о а я а и а ч я а и а J «S ч s а о а
Si02 48,96 48,62 58,41 57,21 66,76 66,37 66,33 71,93 70,96 70,17 70,54
ТЮ2 1,36 1,29 0,89 0,63 0,59 0,71 0,60 0,36 0,32 0,25 0,17
А1203 15,78 15,80 17,36 17,30 15,21 15,77 16,07 12,66 14,02 14,59 14,43
Fe203 4,71 2,59 1,71 2,22 1,57 1,19 1,87 0,58 0,99 0,72 0,60
FeO 9,17 9,96 5,76 5,83 2,94 2,61 3,24 2,25 2,32 3,02 1,62
MgO 7,15 7,81 3,36 3,70 2,44 1,72 2,65 1,76 1,65 1,94 1,30
CaO 8,67 9,70 6,37 6,98 4,97 5,16 4,20 4,11 3,75 1,42 1,43
Na20 2,31 2,31 4,19 3,80 4,25 4,19 3,35 3,57 2,97 2,70 2,71
K20 0,44 0,43 1,09 0,98 1,20 1,18 0,88 1,85 1,61 5,00 6,20
n 8 60 46 43 27 60 33 3 20 3 6
Табл. 1. Средний химический состав пород офиолитовой ассоциации архея (масс. доли %). Примечания к табл. 1-4: Химанализы пород по скв.2000 ТМЗ, 20000 МНБ и другим выполнены в ЦХЛ ОАО «Башкиргеоло-гия» (г.Уфа) и обработаны авторами. Часть анализов по скв.20000 МНБ заимствована из работ C.B. Богдановой (1986) и Т.А. Лапинской и др. (1992); по Кольской СГС, Балтийскому и Украинскому щитам анализы взяты из работы Э.Б. Наливкиной (2004). Сокращения: БЩ - Балтийский щит; УКРЩ - Ураинский щит, КСГС - Кольская сверхглубокая скважина; ЮТС - Южно-Татарский свод.
Табл. 2. Средний химический состав пород офиолитовой ассоциации архея (масс. доли %).
ассоциации. Условия гранулитовоИ фации, образовавшеИ эти породы, более в истории Земли не повторялись. В составе минерального парагенеза пород гранулитовоИ фации участвуют только высокотемпературные минералы. Темноцветные минералы данноИ фации отличаются повышенным содержанием железа и магния (Наливкина, 2004). Континентальную часть коры слагают гранитоиды третьего комплекса, в составе которого роль петрографического репера выполняют собственно чарнокиты. Континентальная стадия на ЮТС была обусловлена матаморфизмом, связанным с образованием складчатости на фоне высоких стрессовых напряжениИ, способствовавших формированию пород с содержанием высокоглиноземистых минералов. Между названными частями коры прерывисто залегает магне-титовыИ слоИ, сложенныИ породами второго комплекса. Преобладал метасоматическиИ характер процессов, сформировавших эту кору, что подтверждается наследованием основных черт минеральных парагенезов при переходе пород от одноИ стадии к последующеИ и однотипностью метаморфических структур.
В зонах диафторе-за в условиях регрес-сивноИ высокотемпе-ратурноИ эпидот-ам-фиболитовоИ фации регионального метаморфизма гранитои-ды третьего комплекса были преобразованы в слабоогнеИсо-ванные породы, близкие по химсоставу к диоритом, гранодио-ритам и плагиограни-там. Это породы четвертого комплекса, которые Э.Б. Налив-кина (2004) также относит к чарнокито-воИ формации. Осно-
|— научно-технический журнал
I еоресурсы 8 (50) 2012
ванием для этого является присутствие в породах гиперстена, коричневого биотита, наследование ими от пород третьего комплекса метаморфических структур и величины отношения БеО/М^О, равной менее 2 ед. (Табл. 1, 2). В породах четвертого комплекса появились минеральные па-рагенезы, соответствующие эпидот-амфиболитовой фации. Это эпидот, актинолит, тремолит, зеленый и коричневато-желтый биотит второй генерации, мусковит, хлорит (Винклер, 1969).
В составе четвертого комплекса в скв. 2000 ТМЗ установлены кварцевые диориты, гранодиориты и плагиог-раниты, слагающие нижнюю часть ее разреза фундамента. По данным Э.Б. Наливкиной (2004), аналогичный комплекс пород установлен в нижней части разреза фундамента Кольской сверхглубокой скважины (КСГС) (Рис. 4, Табл. 2). Минеральный состав кварцевых диоритов: плагиоклаз (олигоклаз-андезин № 28-32) - 40-60%; кварц - 2025%; гиперстен - 5-10%; роговая обманка - 5-15%; коричневый биотит - 2-5%; биотит второй генерации - 0-5%; актинолит - 0-5%; эпидот - 2-5%. В сравнении с диорито-чарнокитами в них обнаружено повышенное содержание БЮ2, К2О и пониженное - БеО и MgO (Табл. 2). Для грано-диоритов установлен следующий минеральный состав: плагиоклаз (основной олигоклаз № 25-28) - 40-60%; кварц - 20-30%; гиперстен - 2-7%; коричневый биотит - 2-5%; биотит второй генерации - 5-10%; роговая обманка - 210%; актинолит - 2-7%; эпидот - 2-10%; тремолит - 0-5%. Отличает рассматриваемые породы четвертого комплекса от таковых третьего более кислый состав плагиоклаза, что обусловлено условиями их образования.
В палагиогранитах плагиоклаз соответствует кислому олигоклазу №12-18 (50-60%); кварц составляет 20-25%; биотит второй генерации - 10-20%; роговая обманка - 0-5%; мусковит - 2-5%; хлорит - 2-5%; актинолит - 2-5%; гиперстен - 0-2%; коричневый биотит - 2-3%. По химсоставу плагиограниты близки к плагиочарнокитам, от которых отличаются пониженным содержанием калия (Табл. 1, 2). Данный факт и отсутствие в четвертом комплексе пород типа чарнокитов является показателем утраты гранитоидами третьего комплекса значительной части калия в ходе их диаф-торической переработки. Второй вывод, который можно сделать, указывает на возможность накопления калия только в условиях гранулитовой и амфиболитовой фаций прогрессивного высокотемпературного метаморфизма.
Из приведенных данных минерального состава пород четвертого комплекса отчетливо видно, что количество вторичных минералов увеличивается от кварцевых диоритов к плагиогранитам примерно в 2 раза. Плагиограниты являются конечным продуктом метасоматической переработки пород офиолитовой ассоциации.
Метаморфические породы второй бимодальной ба-зальт-андезитовой ассоциации (пятый-шестой комплексы) бурением вскрыты в верхней части фундамента скв. 2000 ТМЗ и других скважинных краевой части ЮТС, а также в верхней части разреза архея КСГС (Рис. 1). Образованные на океанической стадии плагиогнейсы и амфиболиты сформировали пятый комплекс пород, принадлежность которых к амфиболитовой фации метаморфизма определяет парагенез слагающих их минералов: роговая обманка, основной и средний плагиоклаз, коричневый биотит, авгит (Тернер, 1951).
Скв. 2000 Туймазы
Кольская СГС
Глубина, м Петрографическая колонка
1772
V V V V V V
=н= =н= =н= =н=
+
2920 "ч-^Г-ГТ + +++++++++++
X X X X X X X
4042
Глубина, м Петрографическая колонка Структурно-вещественные комплексы, возраст
6840 Р1*,2 Перекрывающие отложения
V V V V V V V V V V V =н= =н= =н= =н= =н= =н= =н=
=н= =н= =н= =н=
++++++
=н= =н= =н= =н=
++++++ + + + + + Амфиболит-
4042 — - - гнейсовый
V V V V V V V V V V V (\МА комплексы)
:— — _— А^'-АР,2
=н= =н= =н= =н=
++++++ + + + + + ++++++
V V V V V V
=н= =н= =н= =н=
11700
12660 ++++++ + + + + + ++++++ + + + + + ++++++ + + + + + ++++++ Амфибол ит-диорит- гранодиорит-плагиогранитовый А^'-АК,2 (IV комплекс)
Рис. 4. Сопоставление разрезов архейской земной коры скв.2000 Туймазы и Кольской сверхглубокой скважиныг. КСГС - по Э.Б. Наливкиной (2004) 1 - Биотитовыые плагиогнейсыг; 2 - Выгсо-коглиноземистыые плагиогнейсыг; 3 - Амфиболиты; 4 - Анор-тозитыг; 5 - Плагиогранитыг; 6 - Микроклиновыге гранитыг; 7 - Гранитоидыг четвертого комплекса; 8 - Кора выгветрива-ния; 9 - Дайка габбро-диабаза (РЯ3).
В составе пятого комплекса преобладают биотиовые плагиогнейсы, реже встречаются амфибол-биотитовые их разности. Это, так называемые, серые гнейсы, установленные только на данном стратиграфическом уровне (На-ливкин, 2004). Менее развиты гнейсы, содержащие высокоглиноземистые минералы. Минеральный состав биотитовых плагиогнейсов следующий: плагиоклаз (андезин № 35-45) - 40-60%; кварц - 20-30%; коричневый биотит - 1020%. Амфибол-биотитовые разности содержат роговую обманку (3-5%), а высокглиноземистые минералы: гранат (2-5%); силлиманит (3-5%) и кордиерит (1-3%). Присутствие высокоглиноземистых минералов в составе рассматриваемых пород обусловлено повышением давления в отдельные периоды складкообразования. По химсоставу все перечисленные разности гнейсов во всех вышеуказанных скважинах аналогичны между собой и ближе всего стоят к андезитам (Заварицкий, 1956) (Табл. 3).
Среди гнейсов находятся согласные тела амфиболитов, слагающие не более 30% пород пятого комплекса. Это темно-зеленые, иногда почти черные, массивные, крупнозернистые, плотные породы с гранобластовой, местами порфирокатакластической структурами. Их породообразующими минералами являются: плагиоклаз (лабрадор-
научно-техническим журнал
8 (50) 2012 I еоресурсь
Пятый комплекс
Плагиогнейсы
Биотитовые Высокоглиноземистые Амфиболиты
Оксиды Скв.2000 ТМЗ (ЮТС) КСГС (БЩ) ЮТС Скв.2000 ТМЗ (ЮТС) КСГС (БЩ) ЮТС
ЗЮ2 65,42 63,21 65,28 49,70 50,07 49,39
ТЮ2 0,41 0,52 0,47 1,00 1,25 0,59
А1203 16,84 17,08 17,46 15,60 15,00 15,14
Ре203 2,07 2,24 1,84 1,92 3,28 3,00
БеО 2,49 2,85 2,16 6,85 8,96 6,58
N^0 2,13 1,67 2,03 10,40 7,20 9,46
СаО 4,20 4,87 4,26 6,70 9,40 7,90
№20 3,90 4,45 3,87 2,22 2,20 2,36
к2о 1,54 1,52 1,24 2,17 1,03 1,53
п 10 22 15 22 108 6
Табл. 3. Средний химический состав пород бимодальной ба-зальт-андезитовой ассоциации архея (масс. доли %).
битовнит № 65-80) - 10-30%; коричневый биотит -10-20%; роговая обманка - 40-60%; кварц - 3-5%; авгит - 0-5%. По химсоставу амфиболиты соответствуют нормальным базальтам (Табл. 3). Сходство химсостава гнейсов и амфиболитов с таковым соответствующих им исходных изверженных пород указывает на изохимический характер метаморфизма на данной второй (океанической) стадии формирования архейской земной коры.
Последовавшая затем региональная гранитизация на отдельных участках изменила состав плагиогнейсов и амфиболитов и сформировала принципиально новые типы метаморфических пород шестого комплекса, соответственно, гнейсового и амфиболитового генетических рядов. В ходе ее развития натриевые гранитоиды предшествовали -калиевым. В условиях амфиболитовой фации амфиболиты были преобразованы в анортозиты, в минеральном составе которых преобладает плагиоклаз (лабрадор-битовнит №67-78) - 90-95%. Роговая обманка (0-5%) по оптическим свойствам соответствует таковой амфиболитов. Приведенные данные подтверждают метасоматическую природу анортозитов, обладающих максимальным содержанием А1203 и СаО (Табл. 4). В ходе описываемого процесса на отдельных участках в амфиболитах возникли пятнистые мигматиты, неосому которых слагают анортозиты.
СаО/ №,0
Рис. 5. Поведение величниы отношения СаО/ Ыа20 в породах шестого комплекса амфиболитового ряда бимодальной базальт-андезитовой ассоциации ЮТС.
Анортозиты
Диориты
Гранодиориты
С амфиболитами ассоциируют также диориты, образованные в результате их метасоматического замещения. Диориты установлены в скв. 2000 ТМЗ, 361 Леонидовка, на северной окраине ЮТС на Поповской площади, где они изучены Н.Б. Кононовой (1962). Диориты характеризуются переменным минеральным составом: плагиоклаз (андезин №38-49) -40-60%; роговая обманка - 20-40%; коричневый биотит - 15-20%; кварц - 5-10 %. Диориты иногда замещаются гранодиоритами, имеющими следующий минеральный состав: плагиоклаз (андезин-олигоклаз №2240) - 50-60%; роговая обманка - 15-30%; коричневый биотит - 20-30%; кварц - 10-25%. Далее продуктом данного метасоматического (амфиболитового) ряда являются пла-гиограниты со следующим минеральным составом: плагиоклаз (олигоклаз-андезин №15-38) - 50-65%; коричневый биотит - 25-40%; роговая обманка - 5-10%; кварц - 2035%. Плагиограниты с амфиболитами иногда образуют мигматиты метасоматического типа. Таким образом, вышеописанные метасоматические процессы обусловили образование в амфиболитах двух видов мигаматитов: анор-тозитовых и плагиогранитовых. В итоге была сформирована мигматит-анортозит-плагиогранитовая формация в составе пород шестого комплекса.
Сероцветные плагиогнейсы в виде полос местами замещены светлоокрашенными плагиогранитами. В результате образовались метасоматические полосчатые мигматиты. Иногда плагиогранитовая неосома образует в пла-гиогнейсах очковые мигматиты. Минеральный состав пла-гиогранитов гнейсового ряда следующий: плагиоклаз (основной олигоклаз № 24-28) - 40-60%; кварц - 40-45%; коричневый биотит - 3-7%. По химсоставу плагиограниты ближе всего стоят к известково-щелочным гранитам (трон-дьемитам) (Заварицский, 1956) и уверенно сопоставляются с таковыми Украинского щита (Табл. 4).
При понижении метаморфической ступени до эпидот-амфиболитовой фации в породах пятого и шестого комплексов появились соответствующие им минеральные па-рагенезы: эпидот, актинолит, биотит второй генерации, мусковит, хлорит, микроклин (Тернер, 1951). Эти изменения условий образования пород привели к снижению основности плагиоклаза в амфиболитах до андезин-лабрадора, а в плагиогнейсах - до олигоклаз-андезина. На данном этапе в условиях амфиболит-эпидотовой фации в результате активного проявления калиевого метасоматоза, имевшего региональный характер, были образованы микроклинизированные разности плагиогранитов обоих генетических рядов и микроклиновые граниты, входящие в состав шестого комплекса. Микроклинизрованные разности плагиогранитов содержат решетчатый микроклин (5-15%) и более высокое содержание кварца (2530%). В гранитах микроклин составляет 30-35%; кварц - 25-30%; плагиоклаз (альбит-олигоклаз № 8-18) - 1025% и биотит второй генерации - 25%. Микроклин не содержит продуктов изменения, образован путем метасоматического замещения пла-
Плагиограниты | Микроклиновые граниты]
■— научно-технический журнал
ШЬ Георесурсы 8 (50) 2012
Шестой комплекс
Амфиболитовый ряд Плагиогнейсовый ряд
Анортозиты Диориты Гранодиориты Плагиограниты Плагиограниты Микроклиновые граниты
Оксиды О Ё о Н ГЦ И, <= Ё о Н гц 2, О Н <= Ё о Н гч Ж, 3 => Ё о Н сч 3 => Ё о Н сч 3 о Ё о Н гц 2, 3 м, 3
Э 0 о 3 н § 0 о § н & Э 0 и 2 н * § И О 3 н * § И о 3 н * Э 0 О 2 н и з *
БЮг 50,84 57,50 59,01 65,28 66,33 69,70 69,38 71,76 71,55 73,70 72,06 71,91
тю2 0,28 1,05 0,95 0,66 0,48 0,40 0,37 0,26 0,18 0,15 0,42 0,32
А1203 28,42 16,80 17,04 16,06 16,00 15,31 15,83 15,40 15,65 13,30 14,26 13,68
Ре2Оэ 0,69 3,06 2,94 1,84 1,67 1,26 1,14 1,06 0,84 0,75 0,88 0,70
БеО 1,34 5,62 5,85 2,76 2,47 2,31 1,81 0,92 1,20 1,15 1,50 1,72
1У^О 2,50 4,96 4,15 2,03 1,86 1,50 1,27 0,86 0,76 0,77 1,10 0,93
СаО 10,75 5,48 5,52 4,96 4,92 3,49 3,36 2,78 3,47 1,65 1,90 2,09
Иа20 2,62 2,87 2,42 3,77 4,00 3,60 4,21 3,43 3,21 3,39 3,85 3,30
к2о 0,95 1,05 0,92 1,33 1,47 1,68 1,31 2,26 2,02 4,37 3,20 4,10
п 4 5 6 4 4 3 3 3 7 9 13 6
Табл. 4. Средний химический состав пород бимодальной базальт-андезитовой ассоциации архея (масс. доли %).
гиоклаза, реже - кварца, иногда содержит пертитовые включения альбита. Данные по химсоставу свидетельствуют о достаточно близком сходстве микроклиновых гранитов со средним составом щелочных гранитов. В результате была сформирована мигаматит-плагиогранит-гранито-вая формация в составе того же шестого комплекса пород. В целом по мере снижения степени метаморфизма в составе бимодальной ассоциации в ходе гранитизации имело место снижение основности пород: образованные первоначально известково-щелочные анортозиты сменились щелочными плагиогранитами, заменившимися в конечном итоге кислыми гранитами. Данный процесс обусловил снижение величины отношения СЛ0/№20 от основных пород к кислым (Рис. 5). Образование анортозитов и плагиогранитов происходило в результате выноса из состава исходных пород пятого комплекса (амфиболитов и плагиогнейсов) железа, титана и магния, а микроклиновые граниты возникли благодаря привносу в плагиогра-ниты обоих генетических видом калия. Процесс гранитизации был метасоматическим, а метаморфизм имел алло-химический характер.
Гранитизация пород амфиболит-гнейсового комплекса была неравномерной, способствовала образованию мигматитов. Все это обусловило мозаичное строение толщ, сложенных метаморфическими породами бимодальной базальт-андезитовой ассоциации. В составе названной ассоциации преобладают метаморфические породы среднего и кислого состава, поэтому она наращивает сосбою континентальную часть архейской земной коры.
В скв. 2000 ТМЗ микроклинизацией затронуты породы кровельной части залегающего ниже четвертого комплекса пород на глубину нескольких десятков метров. Принадлежность этих пород к четвертому комплексу подтверждается их минеральным и химическим составом. Здесь в отдельных образцах плагиогранитов количество микроклина составляет 10-20%, а в новообразованных гранитах оно достигает 30-40%. Микроклин обладает всеми теми же признаками, установленными для пород шестого комплекса бимодальной ассоциации. Изложенный материал указывает на внутриформационный характер проявления калиевого метасоматоза для бимодальной базальт-андезито-вой ассоциации. Необходимый для данного процесса ка-
лий был накоплен в условиях амфи-болитовой фации метаморфизма за счет его количественного превосходства в исходных андезитах в сравнении с развившимися по ним пла-гиогнейсами. Так, в андезитах содержание калия достигает 2,36-2,44% (Заварицкий, 1956), тогда как в плагиогнейсах оно составляет 1,281,52% (Табл. 3). И второй вывод свидетельствует о том, что гранитизация бимодальной ассоциации происходила после полного завершения этого процесса породами офиолитовой ассоциации, включая и диафторез.
Заключение
Авторы настоящей работы впервые выделили в составе архейского фундамента Южно-Татарского свода метаморфические породы двух ассоциаций: первой, примитивной офиолитовой, преимущественно базальтового состава и второй, бимодальной, базальт-андезитового состава. Обе ассоциации являются результатом проявления двух сменивших друг друга во времени тектоно-магматичес-ких циклов в архее, в ходе развития которых была сформирована континентальная архейская земная кора. Формирование метаморфических пород обеих ассоциаций происходило на двух стадиях: океанической и континентальной. Для обеих ассоциаций установлена следующая общая схема развития метаморфического процесса в ходе становления архейской земной коры: 1. На океанической стадии образованы метаморфические породы, аналогичные по составу исходным магматическим их разностям. Для офиолитовой ассоциации - это пироксен-плагиокла-зовые кристаллосланцы и пироксеновые плагиогнейсы первого комплекса пород, а для бимодальной - амфиболиты и плагиогнейсы пятого комплексп пород. Метаморфизм был изохимическим. 2. На континентальной стадии происходил процесс метасоматического преобразования пород океанической стадии в гранитоиды. Для офиолито-вой ассоциации - это чарнокитовая формация, а для бимодальной - мигматит-анортозит-плагиогранитовая и мигматит-плагиогранит-гранитовая формации. 3. В ходе гранитизации породы основного состава постепенно заменились кислыми: для офиолитовой ассоциации - это чарнокиты, а для бимодальной - микроклиновые граниты. 4. Метаморфизм континентальной стадии носил существенно аллохимический характер и привел к преобразо-ваниию океанической коры в континентальную. 5. Мета-соматическая природа всех породных преобразований подтверждается наследованием определенных черт минеральных парагенезов и структурных особенностей при переходе пород от одного типа к последующему. 6. Метасо-матическое преобразование пород обеих ассоциаций про-
научно-техническим журнал
8 (50) 2012 I еоресурсы
исходило без привноса химических элементов извне и сопровождалась постепенной утратой ими железа, титана, магния и кальция. Уменьшение содержания в породах последнего приводило к снижению величины отношения Са0/Ыа20 от основных пород к кислым, сопровождаемым снижением основности плагиоклазов. 7. Калий, опеспе-чивший образование гранитов на завершающем этапе гранитизации обеих ассоциаций, появился благодаря постепенному накоплению его в ходе всего предшествовавшего метаморфического процесса за счет его количественного превосходства в исходных изверженных породах в сравнении с образованными по ним метаморфическими породами основного и среднего состава. 8. Снижение степени метморфизма для обеих ассоциаций сопровождалось сменой минеральных парагенезов пород согласно условиям соответствующих метафорфических фаций. 9. Процесс гранитизации проявлялся крайне неравномерно, сопровождался мигматизацией и в конечном итоге создал характерное для архея мозаичное строение метаморфических толщ обеих ассоциаций. 10. Все вышеперечисленные процессы, последовательно подвергшие высокотемпературному метаморфизму со складкообразованием породы офиолитовой и бимодальной ассоциаций, сформировали консолидированную континентальную архейскую земную кору, сложенную в нижней части ме-табазитами первого комплекса, создавшими «базальтовый» слой и в верхней части - метаморфическими породами - Ш-У1 комплексов, образовавшими «гранитный» слой этой коры. В нижней части гранитного слоя офиоли-товой ассоциации прерывисто залегают магнетитовые породы второго комплекса.
Основные выводы:
1. Впервые проведена систематизация всех типов метаморфических пород архея, вскрытых бурением на ЮТС, на единой генетической основе.
2. Установлены две ассоциации (офиолитовая и бимодальная), возникшие в ходе развития в архее двух тектоно-магматических циклов.
3. Выявлены единая схема метаморфических преобразований обеих ассоциаций, сформировавших архейскую земную кору.
4. Характерной особенностью архейского метаморфизма на ЮТС является существование сверхвысоких давлений в условиях амфиболитовой фации, образовавших высокоглиноземистые породы в составе обеих ассоциации.
5. Присутствие петрографических пород-реперов в составе выделенных генетических комплексов позволяет определять стратиграфическое положение архейских метаморфических толщ в разрезах скважин.
6. Положение о метасоматической природе всех метаморфических преобразований пород в ходе формирования архейской земной коры ЮТС обосновывается впервые в данной работе.
7. Рассматривается возможность эндогенно-метаморфического генезиса графита, содержащегося в высокоглиноземистых гранитоидах третьего комплекса.
8. Обосновывается внутрисистемный источник калия, обеспечивший формирование кислых гранитов на заключительной стадии гранитизации для обеих архейских ассоциаций.
9. Уверенное сопоставление разрезов архея Кольской
сверхглубокой скважины и глубокой скв. 2000 Туймазы подтверждает достоверность полученных в работе выводов.
Литература
Бибикова Е.В., Богданова C.B., Кирнозова Т.И., Попова Л.П. Уран-свинцовый возраст чарнокитоидов Волго-Уральской области. Докл. АН СССР. 1984. Т.276. №4. 916-919.
Богданова C.B. Земная кора Русской плиты в раннем докембрии (на примере Волго-Уральского сегмента). М.: Наука. 1986. 226.
Винклер Г.Ф. Генезис метаморфических пород. М.:Мир. 1969. 106.
Заварицкий А.Н. Изверженные горные породы. М.: Изд. АН СССР. 1956. 479.
Кононова Н.Б. Петрографические особенности и строение кристаллического фундамента Поповской площади. Тр.МИНХ и ГП им. Губкина. 1962. Вып.38. 29-53.
Лапинская Т.А., Попова Л.П., Постников А.В., Яковлев Д.О. Архейские структурно-вещественные комплексы. Сб. Доплатфор-менные комплексы нефтегазоносности территорий СССР. М.: Недра. 1992. 20-63.
Морозов С.Г., Трахтман В.П., Иванова Т.В. Петрографо-геохи-мическая характеристика пород кристаллического фундамента у г.Туй-мазы. Литология и полезные ископаемые. №4. 1970. 140-148.
Муслимов Р.Х. Потенциал фундамента нефтегазоносных бассейнов - резерв пополнения ресурсов углеводородного сырья в XXI веке. Георесурсы. №4 (12). 2003. 2-5.
Наливкина Э.Б. Эволюция раннедокембрийской земной коры. С-Пб.: Изд. ВСЕГЕИ. 2004. 264.
Наливкина Э.Б., Нехорошева А.Г. Глубинное строение раннедокембрийской континентальной коры. Глубинное исследование недр СССР. МГК, XXVIII сессия. Л. 1989. 173-184.
Постников Д.В. Разрез нижнего докембрия в Туймазинском районе. Докл. АН СССР. Том 172. №5. 1967. 1154-1157.
Салоп Л.И. Общая стратиграфическая шкала докембрия. Периодизация докембрия материалов северного полушария и основные черты раннего этапа геологической эволюции. Л.: Недра. 1973. 308.
Тернер Ф. Дж. Эволюция метаморфических пород. М.:Изд. иностр. литер. 1951. 283.
R.Kh. Masagutov, T.V. Ivanova, D.I. Ivanov. Some aspects of development and formation of the South-Tatar arch Archaean crust (Russia).
Developed in the Archean two tectonic-magmatic cycles on the all tcontinents sequentially formed ophiolitic (basalt) and bimodal (andesite-basalt) associations. Igneous rocks of these associations under the influence of metamorphism of high temperature facies (granulite and amphibolite) and folding were turned into metamorphic rocks from basic to acid composition. In this way continental Archaean green crust was formed. Lower «basalt» layer is composed with metabasites of the first ophiolitic association, upper «granite» layer is composed with granitites formed by metasomatic transformation of metabasites and metamorphic rocks of the second bimodal association.
Keywords: the Archean, complex, charnokite, paragenesis, metasomatism.
Рим Хакимович Масагутов
доктор геол.-мин. наук, профессор, начальник отдела управления запасами и геологоразведочных работ ОАО АНК «Башнефть»
Уфа, ул. Чернышевского, 115. Тел.: (347) 261-60-88.
Тамара Владимировна Иванова канд. геол.-мин. наук, ведущий геолог
Денис Игоревич Иванов канд. геол.-мин. наук, ведущий геолог
ООО «БашНипинефть». Уфа, ул. Ленина, 86/1. Тел.: (347) 262-49-52.
^^^^^шгшгт I— научно-технический журнал
ШЬ Георесурсы 8 (50) 2012
