CC BY
32
УДК 550.4: 552.5 (470.13)
ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ НИЖНЕПАЛЕОЗОЙСКИХ ПОРОД В ЗОНЕ МЕЖФОРМАЦИОННОГО КОНТАКТА В МЕЖДУРЕЧЬЕ МАЛОЙ УСЫ Н МАЛОЙ КАРЫ (ПНПЯРНЫН УРАЛ]
А. Г. Кузнецов, И. В. Козырева
Институт геологии Коми НЦ УрО РАН [email protected]
Рассматривается зона межформационного контакта уралид/доуралид вскрытая в междуречье Малой Кары и Малой Усы, в районе вершины г. Саурипэ. Выделено пять типов горных пород. Особенности состава обломочного материала позволили предположить его поступление из различных источников. Результаты петрографического и геохимического изучения пород фундамента и перекрывающих их отложений показали, что накопление осадочной толщи разреза уралид могло происходить в условиях начального этапа рифтогенеза на континентальной окраине в тектонически нестабильной обстановке мелководного морского бассейна.
Ключевые слова: зона межформационного контакта, Полярный Урал, кора выветривания, песчаники, гравелиты.
GEOCHEMICAL FEATURES OF LOWER PALEOZOIC ROCKS
IN INTERFORMATIONAL CONTACT ZONE IN THE MALAYA USA / MALAYA KARA INTERFLUVE AREA (POLAR URALS)
A. G. Kuznetsov, I. V. Kozyreva
Institute of Geology of Komi SC UB RAS
In the interfluve area of rivers of Small Cara and Small Usa, in the vicinity of the summit Saurepe the unconformity contact between the preuralide complex (Riphean - Vendian) and basal part of the uralide comlex (Upper Cambrian - Lower Ordovician) is exposed. Five rock types have been determined. The features of rocks and debris suggest their supply from various sources. The petrographic and geochemical study of the basement rocks and overlying deposits suggests that the sedimentation of uralide section occurred at the initial stage of rifting on the continental margin in unstable tectonic conditions of shallow sea basin.
Keywords: unconformity contact, Polar Urals, weathering crust, sandstones, gravelites.
В междуречье Малой Кары и Малой Усы, в районе вершины Саурипэ вскрывается зона межформационного контакта уралид/доуралид. Допалеозойские отложения здесь представлены метам орф изованными основными вулканитами бедамель-ской свиты (РЯ3—в Ъё). В основании разреза уралид с угловым и азимутальным несогласиями на породах фундамента залегают терригенные породы хойдышорской свиты (63—01 Иё) (Попов и др., 2005 г.).
Выявление геохимических особенностей имеет большое значение для установления генезиса палеонтологически не охарактеризованных отложений, их стратиграфического расчленения и корреляции при геологическом картировании и прогнозиро-
вании рудопроявлений коренного золота типа метаморфизованных россыпей, приуроченных к нижнепалеозойским толщам в зоне межформационного контакта уралид/доуралид. Ру-допроявления такого типа известны в терригенных отложениях в основании палеозойского разреза в междуречье Малой Кары и Малой Усы [1, 4, 7].
При проведении полевых работ в 2012 г. были детально изучены и опробованы два разреза зоны межф ормаци-онного контакта (ЗМК) в вышеуказанном междуречье, на южном и западном склонах горы с абсолютной отметкой 882 м (рис. 1). Допалеозойские отложения здесь представлены серовато-зелеными основными вулканитами беда-мельской (Я3 —У2 Ъё) серии, постепенно переходящими в зеленовато-серые
тонко плитчатые сланцы. Апобазито-вые сланцы, вскрывающиеся на интервале в 1.0 м от зоны контакта представляют собой нижнюю часть профиля выветривания [7]. Контакт с песчаниками четкий, волнистый. Азимут падения (200°) и угол падения (20°) контакта совпадают с направлением сланцеватости.
Разрез нижнепалеозойских отложений начинается слоем оливково-се-рых крупнозернистых с редким мелким гравием песчаников, азимут падения которых составляет 30°, угол — 15°. Вверх по разрезу песчаники становятся более крупнозернистыми, местами переходя в мелкогравийные гравелиты, цвет пород постепенно меняется на светло-серый и розовато-серый. На препарированной поверхности песча-
Рис. 1. Схема расположения изученных разрезов
ников в основании и в верхней части разреза заметны фрагменты градационной и косой слоистости
Метагравелиты и метапесчаники имеют полевошпат-кварцевый состав с преобладанием кварца (соотношение кварц : плагиоклаз — 2 : 1). Кроме того, в них обнаружены лейкоксен, циркон, гематит, магнетит и титанит. Характерной особенностью всех изученных нами обломочных пород является ограниченный набор пород, слагающих обломки. Наиболее часто встречается монокристаллический обломочный кварц, реже — мелкокристаллический
гранулированный кварц и обломки полевых шпатов, очень редко — обломки кислых вулканитов. По мере удаления от зоны межформационного контакта в породах увеличивается содержание кварцевой составляющей (исключение составляет верхняя часть обнажения Сш) и уменьшается содержание слюдистой.
Химический состав горных пород двух изученных нами разрезов ЗМК определялся полуколичественным спектральным и химическим анализами. В результате литохимической обработки данных химических анализов
Химический состав пород, мае. %
с использованием так называемого Стандарта ЮК [11] были рассчитаны литохимические модули (табл. 1), построена модульная диаграмма (рис. 2) и сделан нормативный пересчет минерального состава пород (табл. 2).
На модульной диаграмме, построенной в координатах «ГМ — (№20 + К20)», где ГМ (гидролизат-ный модуль) = (А1203 + П02 + Ре203 + + Мп0) / БЮ2, были выделены четыре кластера — группы, в каждой из которых химический состав пород относительно близок.
Так, метагравелиты и крупнозернистые метапесчаники с гравийными зернами образуют кластер I и аттестуются как гипосилиты, они характеризуются неравномерно-зернистой псе-фитовой структурой с гранолепидо-бластовой базальной структурой цемента (рис. 3, а). По данным нормативного минерального пересчета (табл. 2) в их составе доминирует кварц (~ 75 об. %). Второстепенные минералы представлены кислым (№ 9) плагиоклазом (9.2 об. %), хлоритом (7.1 об. %) и калиевым полевым шпатом (6.7 об. %). Особенностью этой группы пород является наименьшее по сравнению с другими кластерами количество слюды (0.8 об. %). Полуколичественный спектральный анализ показал наличие в породах кластера I значительных содержаний Сг (до 100 г/т), носителем которого являются хромшпинелид и фуксит.
В отличие от кластера I средне-зернистые метапесчаники кластера II характеризуются неравномерно-зер-
Таблица 1
Компонент и модуль Кластер Составы вне кластеров
I II III IV Сш. 7 Дв. 14 Дв. 5 Дв. 11 Дв.З Сш. 01 Сш. 1 Сш. 2 Сш.15
Гипосилиты Миоси-литы Гипосилиты Силиты Псевдогидролизаты Миосилиты
п 6 3 2 4
8Ю2 86.24 83.33 79.35 73.32 83.86 86.2 64.66 72.60 39.32 40.86 40.58 74.50 76.01
ТЮ, 0.46 0.29 0.51 0.56 0.36 1.22 1.47 0.92 2.00 2.46 2.43 0.37 0.25
А12Оз 6.24 8.15 9.87 12.78 7.63 5.1 14.65 14.23 23.29 22.44 22.78 11.75 12.62
Ре203 1.80 1.20 2.21 2.67 0.90 2.4 0.34 3.83 8.38 6.70 5.86 2.17 1.38
РеО 0.51 0.77 0.38 1.16 1.04 0.38 6.36 0.63 5.86 8.41 8.09 2.28 0.43
МпО 0.03 0.04 0.02 0.03 0.1 0.02 0.11 0.03 0.28 0.15 0.13 0.02 0.01
N^0 0.81 1.06 1.15 1.21 1.35 0.75 3.24 0.54 7.18 4.42 4.17 1.43 0.50
СаО 0.52 0.50 0.50 0.61 0.52 0.61 0.50 0.67 0.89 1.58 2.06 0.63 0.50
Ыа20 1.01 1.22 0.36 4.18 1.81 0.83 2.09 1.76 4.19 5.88 6.48 3.96 0.23
К,О 0.91 2.43 4.27 1.32 1.25 0.61 2.84 2.40 0.99 0.36 0.37 0.34 6.53
Р2Ъ5 0.03 0.04 0.04 0.04 0.018 0.03 0.07 0.08 0.38 0.46 0.55 0.03 0.05
Ппп 1.29 0.96 0.98 1.94 1.18 1.37 3.50 2.24 6.68 5.83 5.59 2.37 0.52
Сумма 99.68 99.8 99.37 99.78 100.00 99.42 99.82 99.93 99.44 99.55 99.09 99.85 98.90
ш2о+к2о 1.92 3.65 4.63 5.50 3.06 1.44 4.93 4.16 5.18 6.24 6.85 4.30 6.76
ГМ 0.11 0.13 0.16 0.24 0.12 0.11 0.35 0.27 1.01 0.98 0.97 0.22 0.19
н2о 0.25 0.10 0.18 0.20 0.11 0.32 0.39 0.10 0.48 0.10 0.19 0.20 0.10
со2 0.10 0.10 0.10 0.10 0.1 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.14
ГМ мп
0.00 1,00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 S.OO
Na:0+ К20
Рис. 2. Модульная диаграмма пород зоны межформационного контакта. Условные обозначения: 1 — точки на модульной диаграмме участка «Останец», 2 — точки на модульной диаграмме участка «Северный», 3 — номер кластера, 4 — линия тренда содержания щелочности (Na^+^O)
нистой бластопсаммитовой структурой. В мелко-, тонкозернистой (размер зерен 0.03—0.05 мм) основной ткани располагаются приемущественно кварцевые обломки крупнопесчаной (0.4—1.0 мм) размерности, которые занимают до 60 % площади шлифа. Редкие гравийные зерна представлены обломками минералов — кварца и полевых шпатов, и обломками пород — кислых и основных вулканитов (рис. 3, б). По данным нормативного пересчета основными минералами пород этого кластера являются кварц (~ 66 об. %) и плагиоклаз (~ 23 об. %). Второстепенные минералы представлены хлоритом, серицитом, калиевым полевым шпатом и гематитом, акцес-сорные—лейкоксеном.
Рассланцованные метапесчани-ки, образующие кластер III, аттестуются как гипосилиты. Породы этого
кластера занимают на диаграмме промежуточное положение по гидролизат-ности и щелочности. Эти метапесчани-ки характеризуются максимальным по сравнению с другими породами содержанием калия (К20 4.5 мас. %), что объясняется их высокой слюдистос-тью — они содержат 18.5 об. % расчетного мусковита (рис. 3, в).
Породы кластера IV, аттестуемые как миосилиты, представлены мелкозернистыми метапесчаниками, отличающимися от метапесчаников предыдущих кластеров максимальным содержанием полевых шпатов (~ 41 об. %). Кварц все же остается основным породообразующим минералом, и на его долю приходится 48 об. %, а зерна плагиоклазов часто полностью сери-цитизированы. Часть гравийных кварцевых зерен представляет собой вкрапленники кислых вулканитов.
Контуры обломочных зерен (даже сохранивших признаки окатанности) корродированы, нередко наблюдаются шиповидные вростки слюды в края регенерированных кварцевых зерен, перпендикулярные направлению вектора давления (рис. 3, г). В сланцах отмечается повышенное содержание ряда элементов, г/т: Ва до 1800, Л 4200, 2п 180, Сг 130. Наличие цинка и хрома связано с хромитом, титана — с титанитом, рутилом, лейкоксеном и ильменитом. Барий может содержаться в калиевом полевом шпате и слюде. Согласно применимости правила Гольдшмидта к характеристике изоморфизма в ряду Ва, Са, № большей способностью к замещению К обладает Ва, меньшей — № и Са.
Вне кластеров оказались образцы пород, имеющие существенные особенности химического состава, не позволяющие усреднять их в кластерах.
Апобазитовые сланцы (обр. Дв. 3 и Сш. 01) по химическому составу соответствуют псевдогидролизатам и отличаются максимальной щелочностью (№^+1^0 составляют от 5 до 6 мас. %). Эти породы содержат наибольшее для изученных образцов количество полевых шпатов и наименьшие — кварца. Амфибол-кварц-хло-рит-плагиоклазовый сланец (обр. Сш. 01), характеризуется сланцевой текстурой с микролепидограноблас-товой структурой и представляет собой микрозернистый агрегат нескольких минералов: полевого шпата основного состава, аутигенного кварца, амфибола группы тремолита-актино-лита, эпидота, рудных минералов и лейкоксена (рис. 3, д). Слюдистый апобазитовый сланец (Дв. 3) содержит 20 об. % мусковита и 7.14 мас. % М^О,
Таблица 2
Нормативный минеральный состав пород, %
Минерал Кластер Составы вне кластеров
I II III IV Сш. 7 Дв. 14 Дв.5 Дв. 11 Дв.З Сш. 01 Сш. 1 Сш. 2 Сш. 15
Кварц 74.8 65.6 53.5 48.0 66.6 73.6 57.5 64.4 5.1 12.4 4.6 53.5 36.9
Плагиоклаз 9.2 23.2 6.2 25.4 12.5 9.8 11.7 13.4 6.7 9.7 9 3.2 54.4
(№) (9) (9) (8) (9) (П) (9) (6) (9) (60) (58) (64) (19) (3)
Ортоклаз 6.7 2.3 8.1 15.5 8.9 6.8 14.5 12.2 27.5 26.2 27.3 11.1 0.6
Мусковит 0.8 2.4 18.5 2.3 2.4 0.8 0.5 0.7 20 0.5 16.0 17.5 0.9
Парагонит - - - - - - 0.3 0.5 - - - - 2.9
Хлорит 7.1 5.0 6.7 5.1 7.9 6.9 8.1 7.3 26.3 24.6 31.0 8.4 1.1
Амфибол - - 3.5 - - - - - - 12.3 - 3.5 -
Апатит - - - - - - - - 0.9 1.0 1.2 - -
Титанит 0.4 - 0.1 0.8 0.2 0.5 0.4 0.1 0.3 0.4 0.6 - -
Лейкоксен 0.2 0.4 0.1 0.4 0.4 0.3 0.3 0.2 0.1 2.1 - 0.5 0. 3
Тальк - - - - - - - - 7.3 - - - -
Ильменит - - - - - - 2.2 - 1.5 1.4 2.3 - -
Гематит 0.6 1.3 0.6 3.0 1.0 0.5 3.6 1.0 3.3 6.7 5.9 2.2 1.4
Карбонат 0.1 - 0.1 - 0.2 0.1 - 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.3
Рис. 3. Обломочный материал и структурно-текстурные особенности пород: а — обломки монокристаллического и поликристаллического кварца, обр. Дв 10, кластер I; б — обломок (вкрапленник) кислого вулканита, обр. Сш 14, кластер II; в — слюдистый песчаник, обр. Сш 2, кластер III; г — мелкозернистый песчаник с серицитовым цементом, корродированными границами зерен и шиповидными вростками слюды, обр. Сш 4, кластер IV; д — амфибол-кварц-плагиоклазовый сланец, обр. Сш 01; е — кварц-плагиоклазовый песчаник, обр. Сш 15. Фотоснимки с анализатором
часть которого была пересчитана на нормативный тальк.
Среднезернистые песчаники обр. Дв. 5, 11, 14 и Сш. 2, 7 не вошли в кластеры вследствие особенностей их химического состава. Так, обр. Дв 14 не включен в кластер I из-за повышенной титанис-тости (ГЮ2 1.22 мас. %), а обр. Сш 15 — из-за высокого содержания (~ 54 об. %) кислого плагиоклаза (рис. 3, е). Песчаник обр. Сш. 2, более железистый и магнезиальный по сравнению с кластерами II и II, отличается от них меньшим содержанием расчетного плагиоклаза и большим — хлорита (табл. 2).
Снизу вверх по разрезу содержание Мп0, Mg0, Са0, Бе0 уменьшается, количество ЗЮ2 увеличивается (табл. 1). Полоса тренда на диаграмме (рис. 2) отражает зависимость состава пород от степени их сортированности и изменения источника обломочного материала.
Для уточнения литологической классификации пород, установления источников сноса, расшифровки физико-химических и геодинамических обстановок осадконакопления использовалось несколько диаграмм: Шутова [9], Дикинсона [11], Коссов-ской-Тучковой [2], диаграмма суммы щелочей — (TAS) для классификации магматических (вулканических) горных пород [8] и диаграмма MgO-FeO-Al2O3 Пирса [12].
Вулканогенные породы фундамента по содержанию кремнезема относятся к ультраосновным (SiO2 37.23—43.26 мас. %) и относятся к семейству щелочных пикритов. На диаграмме MgO-FeO-Al2O3 Пирса [12] они попадают в область, отвечающую обстановке вулканических дуг и активных континентальных окраин.
На диаграмме Коссовской-Туч-ковой (1988) фигуративные точки исследованных нами образцов горных пород попали в поля кварцевых, оли-гомиктовых и полимиктовых песчаников, что соответствует петрографическим данным (рис. 4). Породы, слагающие оба изученных нами разреза, сходны по геохимическим показателям и минеральному составу. Заметные различия наблюдаются лишь в содержании плагиоклазов, максимальное количество которых отмечено в верхних частях разреза № 1.
На диаграмме Шутова большинство метапесчаников относится к полевошпат-кварцевым и собственно аркозовым (рис. 5). Присутствие обломков полевых шпатов в
>5+РсО+МеО+Мпи+тю,
Рис. 4. Диаграмма (по: А. Г. Коссовской и М. И. Тучковой, 1988) с фигуративными точками метапесчаников ЗМК. 1—4 — поля: 1 — кварцевое, 2 — олигомиктовое, 3 — полимиктовое, 4 — вулканокластическое
Кварц
100%
100% Обломки
пород шпаты
Рис. 5. Диаграмма (по: В. Д. Шутову, 1967) с фигуративными точками метапесчани-ков и метогравелитов ЗМК. 1—12 — поля: 1 — мономиктовое кварцевое, 2 — кремне-кластито-кварцевое, 3 — полевошпат-кварцевое, 4 — мезомиктовое кварцевое, 5 — собственно аркозов, 6 — граувакковых аркозов; 7—11 — поля граувакк: 7 — кварцевых, 8 — полевошпат-кварцевых, 9 — собственно граувакк, 10 — кварц-полевошпатовых; 11 — полевошпатовых, 12 — пород не терригенного происхождения
Обломки Полевые
пород шпаты
Рис. 6. Диаграмма (по: Дикинсону и др., 1980) с точками метапесчаников и метагра-велитов ЗМК. Обозначения полей: КБ — континентальные блоки, РО — рециклиро-ванный ороген, ОД — островные дуги, РД — расчленённые дуги, НД — нерасчленён-ные дуги, СИ — смешанный источник
составе метагравелитов и метапесча-ников и расположение точек на диаграмме Дикинсона (рис. 6) позволяет считать источникам материала для образования данных пород континентальные блоки земной коры, сложенные кислыми магматическими породами.
Изученные нами разрезы отличаются от других известных в междуречье Мал. Кары и Мал. Усы разрезов зоны межформационного контакта, в которых базальные горизонты уралид представлены континентальными отложениями, аналогичными алькес-вожской толще Приполярного Урала
[1, 4, 7]. Породы не содержат или содержат незначительное количество гидролизатного материала коры выветривания, присутствие которого свойственно золотоносным континентальным разновидностям нижнепалеозойских пород. Аналогичный характер разреза и вещественный состав нижнепалеозойских толщ известен на Северном Урале, в верховье Печоры [6, 10] и на кряже Манитанырд [4].
Можно предположить, что в по-зднекембрийско-раннеордовикское время здесь располагалась суша, с которой кора выветривания и обломочный материал смывались в долину при вертикальных подвижках, связанных с тектоническими процессами на континентальной окраине в начале рифтогенного этапа. Эту долину затем занял мелководный морской залив, в котором отлагались песчано-алеври-товые осадки, а на повышенных участках — песчано-гравийные. Базаль-ные конгломераты, характерные для прибрежных фаций при нормальном трансгрессивном цикле, здесь отсутствуют. Предложенная схема в значительной мере объясняет и отсутствие в породах золота, которое могло бы накапливаться в коре выветривания в случае сохранения обломочного материала на месте разрушения и накопления его в континентальных аллювиальных и делювиальных отложениях. Изменение вещественного состава пород вверх по разрезу отражает стабилизацию тектонического режима и смену источников поступления обломочного материала. Основными источниками сноса стали области, сложенные не измененными в коре выветривания (возможно, субсинхронно образовавшимися) и незолотоносными породами кислого состава.
Работа выполнена при финансовой поддержке Программы фундаментальных исследований УрО РАН № 12-У-5-1008«Редко- и благороднометальная минерализация осадочного генезиса в нижнепалеозойских толщах севера Урала» и № 12-С-5-1020«Общие и локальные критерии различия высокодисперснък экзогенных и низкотемпературных гидротермальных рудоформирующих систем».
Литература
1. Козырева И. В., Никулова Н. Ю. Минералогия и геохимия пород в зоне межформационного контакта на хр. Саурипэ // Вестник Ин-та геологии Коми НЦ УрО РАН, 2012. № 4. С. 2-6.
2. Коссовская А.Г., Тучкова М. И. К проблеме минералого-петрохими-
^ее&Мис, сентябрь, 2013 г., № 9
ческой классификации и генезиса песчаных пород // Литология и полезные ископаемые, 1988. № 2. С. 8-24.
3. Никулова Н. Ю. Кора выветривания в основании палеозойского разреза в зоне межформационного контакта уралид/доуралид на хр. Ния-Хой (Полярный Урал) / / Актуальные проблемы литологии: Материалы 8-го Уральского литологического совещания. Екатеринбург, 2010. С. 231-233.
4. Никулова Н. Ю, Сиванова Л. М. Геохимические особенности пород зоны межформационного контакта уралид/доуралид на хребте Саурипэ (Полярный Урал) // Вестник Ин-та геологии Коми НЦ УрО РАН, 2008. № 3. С. 12-15.
5. Никулова Н. Ю, Швецова И. В. Литология и геохимия горных пород
зоны межформационного контакта уралид/доуралид на хр. Ния-Хой (Полярный Урал) // Региональная геология и металлогения, 2010. № 44. С. 30-33.
6. Никулова Н. Ю, Швецова И. В., Трифанов И. А. Нижнепалеозойские (?) базальные псефиты в верховье р. Ель-мы // Вестник Ин-та геологии Коми НЦ УрО РАН, 2006. № 2. С. 5-8.
7. Озеров В. С., Озерова Э. Н., Игнатович О. О. Новые данные по геологии раннепалеозойских метамор-физованных россыпей золота на севере Урала // Уральский геологический журнал, 2011. № 6. С. 21-28.
8. Петрографический кодекс России. Магматические, метаморфические, метасоматические, импактные образования. Изд. 2-е, перераб. и дополн. СПб.: Изд-во ВСЕГЕИ, 2008. 200 с.
9. Шутов В. Д. Классификация терригенных пород и граувакк // Гра-увакки. Труды ГИН АН СССР, 1972. Вып. 238. С. 9-24.
10. Юдович Я. Э, Никулова Н. Ю., Казачкин М. Ю, Кетрис М. П., Швецова И. В. Межформационный контакт уралид/доуралид в верховьях р. Печоры // Литосфера, 2006. № 1. С. 135-144.
11. Dickinson, W. R. and Valloni, R. Plate settings and provenance of sands in modern ocean basins // Geology. 1980. Vol. 8. P. 82-86.
12. Pearce T. H. Gorman B. E, Birkett T. C. The relationship between major element chemistry and tectonic environment of basic and intermediate volcanic rocks // Earth Planet, Sci. Lett. 1977. V. 36. P. 121-132.
Рецензент к. г.-м. н. О. В. Удоратина
