Цена доставки диссертации от 500 рублей 

Поиск:

Каталог / НАУКИ О ЗЕМЛЕ / Общая и региональная геология

Палеозойский вулканизм и геодинамика Тагильской мегазоны Урала

Диссертация

Автор: Каретин, Юрий Сергеевич

Заглавие: Палеозойский вулканизм и геодинамика Тагильской мегазоны Урала

Справка об оригинале: Каретин, Юрий Сергеевич. Палеозойский вулканизм и геодинамика Тагильской мегазоны Урала : диссертация ... доктора геолого-минералогических наук : 25.00.01 Екатеринбург, 2004 253 c. : 71 05-4/40

Физическое описание: 253 стр.

Выходные данные: Екатеринбург, 2004






Содержание:

Глава 1 Основные черты геологического строения
11 Положение в региональной структуре
12 Общие черты строения и развития Тагильской палеорифтовой структуры
121 Стратиграфия и формации
122 Интрузивный магматизм
123 Вулканические структуры
124 Вулканизм и рудогенез
125 Особенности глубинного строения
126 Допалеозойские комплексы обрамления
127 Зональность строения Тагильской мегаструктуры
128 Деформации, разломная тектоника Выводы
Глава 2 Главные петротипы базальтов -индикаторы геодинамических обстановок
21 Главные петротипы базальтов и других производных базальтовых магм
22 Зеленокаменный метаморфизм Первичный химизм спилитов
23 Оценки глубин магмогенерации и геодинамических обстановок по химизму базальтов (новый способ)
Глава 3 Вулканогенные формации
31 Метатолеитбазальтовая зеленосланцевая формация карадока
32 Формация офиолитовых базальтов плагиориолитов этапа Оз Sjl]
321 Спилит-диабазовый комплекс
322 Бимодальный комплекс
323 Кальдерный комплекс Обстановки осадконакопления
33 Риолит-андезит-базальтовая формация позднего лландовери раннего венлока Формация в разрезе СГ-
34 Андезит-базальтовая формация верхнего венлока низов лудлоу
35 Базальт(трахибазальт) -трахитовая формация пржидолия- лохкова
36 Субщелочная андезит-базальтовая формация прагиена-эмса
37 Андезибазальт- риолитовый комплекс франа
38 Траппоидная серия раннего карбона Эволюция осадкообразования в ордовике, силуре и девоне
Глава 4, Эволюция вулканизма и геодинамические реконструкции
41 Закономерности эволюции вулканизма главного (Оз-Si) этапа офиолитовой стадии
42 Особенности постофиолитовой и общей эволюции вулканизма
43 Рифтовая модель строения и эволюции Тагильской вулканогенной мегазоны

Введение:
Актуальность проблемы определяется дискуссионностью существующих представлений о строении и закономерностях формирования подвижных поясов континентов, особенностей проявлений в них офиолитообразования, вулканизма и всего геодинамического цикла. Со слагающими их образованиями связаны крупные месторождения медных, железных руд, хромитов, золота и других металлов.Важно поэтому получение полной объективной информации по геологии, геохимии, эволюции их вулканизма - важнейшего индикатора глубинных процессов, геодинамики формирования таких эталонных объектов, как Уральский пояс палеозоид. Его Тагильское звено характеризуется наиболее масштабным, многообразным и надежно датированным ордовикско-силурийским (каледонским) вулканизмом и интрузивным магматизмом, в основном сохраняет первичное строение и является поэтому весьма благоприятным объектом для исследований данного направления, тем более, что здесь по программе глубокого континентального бурения ведется проходка сверхглубокой скважины (СГ-4), нацеленной на решение глобальных проблем эволюции литосферы таких поясов и закономерностей рудообразования в них.Целью работы являлось выяснение закономерностей эволюции вулканизма, строения и геодинамики формирования Тагильской рифтовой структуры Уральского подвижного пояса.Задачи исследования: 1) стратиграфическое и формационное расчлергение вулканогенных образований палеозоя Тагильского прогиба на основе изучения вещественного состава естественных подразделений разреза и их биостратиграфического датирования; 2) их детальное петрогеохимическое и палеовулканологическое изучение, с выделением главных петротипов - индикаторов геодинамических обстановок, диагностикой генетических типов и фаций вулканитов и осадков, реконструкцией типов извержений, вулканических центров и вулканотектонических структур, обстановок вулканизма и осадкообразования, особенностей латеральной геохимической зональности вулканизма и его эволюции; 3) изучение по той же программе опорного разреза Уральской сверхглубокой скважины СГ-4 и его корреляция с геологическим окружением; 4) выяснение особенностей глубинного строения и эволюции литосферы данной области и ее соотношений с континентальным обрамлением; 5) непротиворечивое согласование всего комплекса фактических данных в рамках целостной концепции геодинамической эволюции. Актуальной являлась также задача создания современной монографической сводки по геохимии вулканических формаций всей Тагильской мегазоны и геологии района бурения Уральской сверхглубокой скважины как фактологической основы для корреляций ее разреза с геологией поверхности. Предшествовавшие обобщающие работы по этому региону имеют полувековую давность.Обобщением этих и геологосъемочных и поисковых работ многих авторских коллективов явилось составление автором многолистной Структурно-формационной карты Тагильского мегасинклинория м-ба 1:200000 (1979 г., фонды Уралгеолкома).Выполнены также совместные с геофизиками исследования глубинного строения Урала, с отстройкой серии сейсмо-геологических профилей, карт мощностей земной коры и т.д. В 1980-1982 гг. автором составлена обновленная геологическая карта района, где ныне проводится бурение сверхглубокой скважины СГ-4 и выполнено задание Уралгеолкома по выбору точки ее заложения. Затем проведено комплексное изучение ее керна до глубины 5700 м и отработка серии геологогеохимических пересечений. Полевые наблюдения проведены также на ряде разрезов южных и восточных зон Урала и в некоторых вулканогенных зонах Средней Азии, Крыма, Кавказа и современного вулканизма Камчатки.Методика исследований. Опорный материал получен в процессе детального геологического картирования главной вулканогенной зоны Урала, выполнявшегося в сочетании с формационным и палеовулканологическим анализом, с диагностикой и картированием вулканических фаций и структур, что позволило выявить крупные кольцевые, кальдерные, грабеновые структуры, останцы палеовулканов, шлейфов лахаров и тефроидов их подножий и, таким образом, впервые расшифровать внутреннее строение палеовулканической области. В течение 42 полевых сезонов в полосе 500 км на Северном и Среднем Урале автором лично выполнен комплекс геологических наблюдений, прослеживания взаимоотношений, петрографической и фациальной диагностики пород (просмотрено более 30 тыс. шли фов), анализа материалов геофизики. Впервые выполнено систематическое петрохимическое изучение вулканитов этой территории: из опорных разрезов автором отобрано более 1200 силикатных анализов (и затем количественных определений рассеянных элементов), обработанных с помощью созданной им компьютерной базы данных, включающей также аналитический материал других авторов по Уралу и по мировым эталонам остр оводу жных, континентальных, океанических обстановок. В базе данных построены сотни диагностических и других диаграмм, в т.ч. с пространственной и возрастной координатами - для изучения латеральной геохимической зональности и эволюционных трендов: анализ данных геохимии был важнейшим рабочим методом получения новой информации. Специальное изучение породообразующих минералов вулканитов выполнялось по пробам автора Е.Е. Порошиным [ВСЕГЕИ, 1985, 1986]. Существенным в методике был комплексный системный анализ самой широкой совокупности данных.Защищаемые положения 1. Вулканизм Тагильского звена пояса палеозоид Урала происходил в полициклически мобильной рифтовой зоне на границе крупнейших литосферных плит- геоблоков Евразийского континента. Здесь выделен, изучен последовательный ряд вулканических формаций полного геодинамического цикла: ранней (офиолитовой) стадии (этапов карадока и позднего ордовика- начала силура) и до 6 формаций средней сходной с островодумсной стадии (S/lj -D/ - С/). От формационных рядов островодузкных систем его отличает многое, в т.ч. то, что начинает его континентальный терригенно-ферробазальтовый комплекс, постепенно переходящий в офиолитовый.2. Впервые установлена билатеральная геохимическая зональность базальтов спрединговых комплексов О2- Оз, по ней трассированы оси спрединга и установлен узкощелевой масштаб раздви:>кений - был сформирован лишь офиолитовый трог шириной 40 -80 км, образованный парной системой краевых зон щелевых раздвигов, между которыми во внутренней области трога сохранялся массив континентальной коры и происходил вулканизм позднеофиолитового бимодального комплекса Oj-Sj и последующих формаций и уже с ордовика формировались кальдерные структуры с массовым кислым вулканизмом, наземными и мелководно-морскими фациями вулканитов и осадков.3. Вулканизм постофиолитовой стадии цикла развивался в течение однотипных этапов эволюции S/ls-Vi; S1V3-S2I; S2P-D1'; Dj^ и локально в ВгС/, D^u Ci, во всё более узких вулканических грабенах при режиме остаточного рифтогенеза. Рифтовой природе соответствуют и особенности состава его продуктов: большие объемы (тысячи км^) потоковой пирокластики в связи с рифтовыми раскрытиями, излияния пиллоу-лав базальтов инициального типа и ферробазальтов, исландитов, а преобладающие контаминированные коровым материалом порфировые K-Na производные этих магм сохраняют присущие рифтогенным толеитам более высокие, чем в островодуж:ных сериях содермсания Nb, Zr, Sc, Cr и Sr, Ba, Na20. Вулканизм происходил в линейном архипелаге островов (в обширном морском бассейне на континентальной коре) вдоль остаточно д'нвергентной границы плит, где протягивалась центральная рифтовая впадина, в которой накапливались лавово-пирокластические, тефроидные и рифогенные отложения, но отсутствуют граувакки и глинистые терригенные осадки, характерные для подводных склонов островодумсных систем.4. Тагильская синформа представляет собой палеорифт, сформированный в континентальной литосфере на доорогенных этапах эволюции как ансамбль влоукенных друг в друга офиолитовых трогов и последующих вулканических грабенов 3- 6 поколений, формировавшихся по мере опустошения магматических очагов в коре как структуры компенсационных проседаний, с отношениями мощностей накоплений к ширине 1:5 и до 1:2 (против 1: 20 -50 в обычных рифтах растяжений). Строение палеорифта усложняют внедрения различных интрузий и связанные с ними зоны крутопадающего рассланцевания, но во внутренней области сохраняются слабо нарушенные вулканоструктуры и силурийские кайнотипные базальты. Деформации заключительной стадии цикла проявлены в краях около обрамляющих массивов докембрия, где происходил финальный гранитный магматизм и орогенез.В целом геодинамический цикл проявлен в маломасштабном варианте, в связи с мантийным диапиром ограниченной масштабности, промежуточной меж:ду присущей океаническим и континентальным рифтам и потому сочетающим их главные черты: рифт в континентальной коре, но с офиолитами.Научная новизна.1. Диссертация подводит итог 45-летних исследований палеозойского вулканизма Урал^ в его типовом Тагильском звене, где автором впервые составлены крупномасштабные геологические карты главной вулканогенной зоны, выделен и изучен единый для нее последовательный ряд вулканических формаций (и этапов эволюции) полного геодинамического цикла: офиолитовой стадии (этапов Огк и Оз-Si') и до 6 формаций сходной с островодужной средней стадии цикла (Sib -Di С\). Установлено, что этот ряд существенно отличен от стандартного в цикле Уилсона ряда островодужных формаций: 1) начинают его не примитивные толеиты и бониниты юных дуг на океанической коре, а континентальный терригенно-ферробазальтовый комплекс, переходящий от бортов внутрь рифта в спрединговый (обстановки, сходные с современными рифтами Красного моря и Исландии); 2) кратковременность (менее 10 млн. лет) режима спрединга, его общая малая масштабность, с образованием лишь узкого офиолитового трога в континентальной коре мобильной области крупнейщего межплитного шва Евразийского континента; 3) последующий вулканизм происходил внутри того же трога и с самого начала характеризуется признаками вулканизма на зрелой континентальной коре; 4) завершающие события геодинамического цикла соответствовали эволюции рифтов в континентальной коре.2. Впервые систематически изучен вещественный состав продуктов вулканизма на обширных территориях, в результате выделены прежде в формациях палеозоя Урала неизвестные петротипы, в т.ч. высокохромистыеразальты осей спрединга, супернизкохромистые и коматиитовые базальты их флангов, вулканиты высоконатриевой субщелочной серии и ферробазальты, исландиты ордовикских и силурийских этапов эволюции, индикаторные для континентальных обстановок.3. Впервые для офиолитов подвижных поясов континентов установлена сходная с известной в современных океанических рифтах билатеральная геохимическая зональность спрединговых базальтов ордовика главной (западной) офиолитовой зоны и обнаружено, что особенности её соответствуют узкощелевому масштабу раздвижений: сходные с океаническими базальты (пиллоу-лавы и дайки с 7,5- 9 % MgO, 220-580 г/т Сг), слагают только узкую, 2 км, зону оси спрединга и уже на ближних ее флангах сменяются афировыми же лейкобазальтами, всё более обедненными MgO и особенно хромом, до 40-10 г/т, неизвестными среди базальтов океанического дна. Такие составы могут возникать при удалении из магм хромшпинелидов и оливина. Однако необходимые для этого условия охлаждения и начального фракционирования отсутствуют в тонкой прогретой океанической литосфере, но они реализовались на путях перемещения таких же магм сквозь мощную холодную (континентальную) кору ближних обрамлений спрединговых осей Тагильского и подобных ему трогов. Толеитовые лейкобазальты этого впервые выделенного типа - индикаторы подобных обстановок. В 3-5 км дальше от осей их сменяют дифференциаты с 54 - 56 % Si02, исландиты, коматиитовые базальты, те и другие индикаторные для обстановок рифтовой деструкции континентальной коры.Оси спрединга трассированы также серпентинизированными гарцбургитами, дунитами, но чаще всего лишь мелкими внедрениями офиолитовых габбро, клинопироксенитов, пересекаемых дайками диабазов и офиолитовыми плагиогранитами. Такие осевые комплексы симметрично-зонального строения первичны, сформированы в осях раздвижений, не являются аккреционными сутурами.Впервые установлена кратковременность режима спрединга и его прерывистость - в течение 2-х эпизодов (в ОгК и Оз') общей продолжительностью менее 10 млн. лет. По низкой титанистости осевых базальтов скорости спрединга оценены большей частью в 1 см/год. В итоге был сформирован лишь офиолитовый трог шириной 40 -80 КМ с парной системой краевых осей щелевых раздвижений - клиньев новообразованной базитовой коры, между которыми сохранялся массив древней континентальной коры - судя по впервые полученным характеристикам формировавшегося здесь позднеофиолитового датированного конодонтами Оз бимодального комплекса: развитие в нем крупных кольцевых структур с массовым кислым вулканизмом, исландитами, K-Na базальтами, обилием наземных шлаковых конусов.Впервые установлена мелководная природа встречающихся здесь линз яшмоидов с радиоляриями и не обнаружено признаков океанических обстановок.Таким образом, полученными целиком новыми данными впервые обосновывается, что дфиолиты Тагильского трога относятся к изначально маломасштабному внутриконтинентальному щелевому типу.4. Предлагаемой троговой модели, альтернативной формированию обширных пространств с океанической корой, независимо соответствуют и впервые установленные особенности послеофиолитового вулканизма: 1) начался он во внутренней области отмершего офиолитового трога, почти без перерыва и крупных структурных перестроек; 2) происходил во всё более узких грабенах, в связи с впервые вы деляемым режимом остаточной постофиолитовой рифтовой активности ма11тийного диапира; 3) рифтовой природе вулканизма соответствуют и выявленные особенности состава его продуктов: в первой и последующих формациях обнаружены базальты инициального типа и ферробазальты, исландиты (неизвестные в современных островных дугах), при преобладающем развитии порфировых дифференциатов толеитовых магм, обогащенных щелочами, Sr, Ва и при этом сохраняющих присущие рифтогенным толеитам более высокие, чем в островодужных сериях содержания Nb, Zr, Sc, Cr, Ni (a также Sr, Na, K, Ba, Fe, V, P) и низкие отнощения Zr/Nb, Ti/Nb, Y/Nb - как в континентальных толеитах и базальтах окраинноконтинентальных поясов. Также впервые установлено, что обстановки вулканизма послеофиолитовых формаций не были островодужными - в ассоциации с ним типичны различные тефроиды и рифовые фации и установлено отсутствие граувакк и глинистых терригенных отложений (хотя именно ими сложены подводные склоны современных островодужных систем). Т.е. по всем позициям это вулканизм особенного типа, в какой-то степени сходный с вулканизмом поясов рифтогенных континентальных окраин.5. Впервые изучено всё многообразие форм проявлений палеозойского вулканизма Тагильской мегаструктуры. Диагностированы и откартированы ранее на Урале неизвестные типы вулканоструктур и индикаторных фаций вулканитов: крупные вулканотектонические депрессии и кальдеры и слагающие их продукты преобладающе наземного вулканизма - агглютинаты лавового фонтанирования останцов шлаковых конусов, лиловые кислые лавы, спекшиеся пемзовые туфы раскаленных пирокластических потоков, туфы аэральных пеплопадов и их ветрового перевеивания, тефровый аллювий временных речек, наряду с различными подводными фациями. Установлено, что уже с ордовика вулканизм происходил в синвулканических грабенах - структурах рифтовых растяжений, но главным образом компенсационных проседаний по мере опустошения магматических камер в коре, объемом в тысячи км , как оказалось, связанных с рифтовыми раскрытиями всё более глубоких уровней этих расслоенных магматических очагов и формированием антидромных последовательностей (до 4800 м мощности по скв.СГ-4) - палеозойский вулканизм и по формам проявлений оказался рифтовым.6. Впервые показано, что Тагильская мегаструктура представляет собой палеорифт в континентальной коре, но с офиолитами (внутриконтинентального щелевого типа), с особенным набором вулканических формаций и осадочных комплексов, сформированный в течение доорогенных этапов эволюции как система вложенных друг в друга вулканических грабенов 5 - 9 поколений, сохраняющий слабо нарушенные вулканоструктуры и общее троговое строение, в данном случае - не нарушенное складчатостью и коллизионной тектоникой. Элементами строения рифта являются также раздвиговые зоны узких крутопадающих базитовых интрузий и дайковых пакетов и сланцевые зоны (Салатимская и др.), сформированные ещё в ордовике -раннем силуре динамическими воздействиями внедрявшихся ультрабазит-базитовых и плагиогранитных интрузий. По геологическим соотношениям с вулканитами рамы впервые установлен [Каретин, 1976] возраст интрузий габброноритов Платиноносного пояса Урала - на рубеже между ранним и поздним венлоком, вблизи 423 млн.лет, что недавно получило геохронологические подтверждения. Раннее становление этого крупного плутона упрочнило всю структуру, с чем в т.ч. связан феномен сохранности кайнотипного облика базальтами послеплатиноносных формаций силура. Заключительная стадия цикла проявлена деформациями в краевых частях рифта около обрамляющих массивов дорифейской коры, где происходил финальный гранитный магматизм - вовсе не в зонах аккреционных скучиваний островодужных комплексов палеозоя, как показали результаты изохронных U-Pb датирований [Краснобаев, 1986 и др.] гнейсов, вмещающих .эти гранитоиды.Предлагаемой модели палеорифта в континентальной коре соответствует и совсем не палеоостроводужная минерагения Тагильской мегазоны: впервые обращается внимание на то, что профилирующим здесь является комплекс присущих континентальным областям месторождений железных руд, золота, платиноидов, в сочетании, с офиолитогенными медноколчеданными, хромитов, асбеста.7. Из комплекса полученных данных следует, что вулканизм и геологическое развитие в типовом Тагильском звене пояса уралид происходили не по стандартному сценарию цикла Вилсона, а по маломасштабному варианту. Согласно разработанной автором модели, режим маломасштабного внутриконтинентального спрединга сменялся в пределах того же отмершего офиолитового трога последующим вулканизмом и интрузивным магматизмом, эквивалентным магматизму активных континентальных окраин, в связи с остаточной рифтовой активностью мантийного диапира, закономерно ослабевавшей, что обусловило наблюдаемое последовательное уменьшение масштабности вулканизма и увеличение его щелочности, тогда как его мантийные источники оставались теми же, что и на офиолитовой стадии цикла (близкие уровни концентраций Nb, Yb, Та, Hf, Sc и т.д.).При этом уже с ордовика вулканизм происходил в пределах линейно вытянутого архипелага островов среди обширного морского бассейна на континентальной коре мобильной межкратонной области континента, на этапах Огк-З-Оз - в позиции дивергентной границы плит, выраженной в т.ч. центральной рифтовой впадиной, заполнявшейся пиллоу-лавами, туфами, тефроидными, кремнистыми и (с позднего лландовери) рифогенными накоплениями. В западном обрамлении архипелага на докембрии западного плеча рифта в ордовике и силуре формировалась рифовая платформа; на массиве древней коры восточного обрамления рифта осадочный чехол в основном эродирован на орогенных этапах эволюции.Выявленные особенности геодинамической эволюции связываются автором с мантийным диапиризмом ограниченной масштабности, промежуточной между присущей океаническим и континентальным рифтам и потому сочетающим их главные черты: формирование особого рода рифта в континентальной коре, но с офиолитообразованием (внутриконтинентального щелевого типа) на ранней стадии эволюции и последующим дифференцированным магматизмом в связи с режимом остаточного рифтогенеза. Всё это по-новому раскрывает геодинамическую природу и особенности эволюции Уральского эталона подвижных поясов континентов.Практическая значимость выполненных исследований: они развивают теоретическую базу познания строения недр и закономерностей локализации рудных месторождений. Автором было прогнозировано местоположение Ново-Шемур ского медноколчеданного месторождения (прогноз в отчете по съемке, 1977), разработки автора использовались при поисковых работах на медные руды и при разработке региональных схем стратифафической корреляции, при составлении карты геологических формаций Урала и Атласа палеовулканологических карт России и сопредельных стран. Позднее автор консультировал исследования на СГ-4.Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на более, чем 30 конференциях всероссийского, регионального и международного уровней, в том числе на 2, 3, 5, 6 Уральских петрографических совещаниях, на шести Палеовулканологических симпозиумах в Черкассах, Миассе, Ташкенте, Хабаровске, Петрозаводске, Екатеринбурге, трех Всесоюзных вулканологических совещаниях, 4-х Всероссийских Тектонических совещаниях в Москве (ГИН), Екатеринбурге, Новосибирске, 4-х Цитологических совещаниях в Екатеринбурге, Москве, 3-х региональных металлогенических совещаниях, на ряде форумов геофизиков и геологов - в Москве (ГЕОН), С-Петербурге, Екатеринбурге, Уфе, Ярославле, Петрозаводске, Праге.Публикации. По теме диссертации опубликовано более 150 работ, в том числе 11 работ в Докладах РАН, главы в 2-х коллективных монографиях, авторская монография, ее журнальный вариант, участие в составлении Карты геологических формаций Урала (ВСЕГЕИ, 1983) и Атласа палеовулканических карт России и сопредельных стран (ВСЕГЕИ, 198?). Результаты исследований приведены также в виде геологических карт и отчетов по геологическому картированию и научно-тематическим работам (1959-1986 гг., фонды Уралгеолкома МНР) Структура и объем работы. Диссертация, объемом 253 страницы, состоит из Введения, 4 глав и Заключения (Глава 1 - Основные черты геологического