CC BY
25
с
SecnHue ИГ Коми НЦ УрО РАН, август, 2014 г., № 8
УДК 550.4
ТАЙМЫРСКИЕ МЕТАМОРФИТЫ ЛЬВА МАХЛАЕВА В СВЕТЕ Часть II
Я. Э. Юдович, М. П. Кетрис
Институт геологии Коми научного центра УрО РАН [email protected]
На основе аналитических данных, приведенных в докторской диссертации Л. В. Махпаева (1979), включающих 21 выборку анализов кристаллических сланцев и гнейсов Таймыра (всего около 160 полных силикатных анализов), дана литохимическая аттестация четырех выделенных им субстратных рядов метаморфитов (отвечающих определенному типу протолита): грауваккового, известково-грауваккового, пелитового и карбонатсодержащего. Литохимия подтверждает все главные выводы Л. В. Махлаева, но вместе с тем позволяет высказать нетривиальные суждения о присутствии среди данных образцов продуктов метаморфизма вулканогенно-осадочных пород — метатуффоидов, а также продуктов аллохимического метаморфизма - метасоматитов.
Ключевые слова: метаморфиты, протолит, литохимия, проф. Л. В. Махлаев, изучение Таймырских метаморфических сланцев и литогенных графитов.
LEV MAKHLAEV'S TAYMYRIAN METAMORPHITES IN THE LIGHT
OF LITHOCHEMISTRY. Part II
Ya. E. Yudovich, M. P. Ketris
Institute of Geology of Komi SC UB RAS, Syktyvkar [email protected]
Based on analytical data from doctoral thesis by L. V. Makhlaev (1979), consisting of 21 tables of Taymyrian schists and gneisses chemical analyses (in total, 160 full silicate analyses), the lithochemical processing was performed, dealing with four types of protolithsuch as greywackes, carbonatic greywackes, shales and carbonate-bearing rocks. Lithochemistry confirms all main summaries by L. V. Makhlaev, but also allows some non-trivial conclusions, for instance, about the presence of arkosic and volcanic-sedimentary protolyths, as well as about the presence of the metasomatic rocks.
Keywords: metamorphites, protilith, lithochemistry, Prof. Makhlaev's - study of the Taymyr's metamorphic slates and lithogenic granites.
2.3. Пелитовый ряд
Выборки 11 и 12 — филлиты фации зеленых сланцев. В этой выборке 9 анализов, из которых 5 авторских и 4 взяты из работ И. Д. Забияки. На модульной диаграмме «Щелочи — ГМ» выделяются 3 кластера с близкой средней щелочностью, но заметно различающиеся по величине ГМ.
Кластер 1а аттестуется в среднем как нормосиаллит (ГМ = 0.36), нормальный по всем параметрам. Прото-литом могли быть обычные алевролиты с кварц-альбитовой кластикой. Кластер 16 аттестуется как заметно более гидролизатный щелочной псев-досиаллит вследствие большей магне-зиальности и несколько большей общей щелочности (ГМ = 0.50, М^О = 4.19 %, №2О+К2О = 5.22 %). Очевид-
но, что протолитом были породы более глинистые (хлорит-гидрослюдистые?). Кластер IIпредставлен суперглиноземистыми щелочными псевдо-гидролизатами (ГМ = 0.60, АМ = 0.39, MgO = 3.88 %, №2О+1К2О = 5.60 %). Очевидно, что протолитом были породы еще более глинистые, чем те, что усреднены в контуре кластера 16.
Особняком стоит весьма аномальный состав обр. 4(кол. Л. В. Махлаева), который оказался супержелезистым, суперглиноземистым и ги-перфемичным алкалитом (№2О+1К2О = 8.99 %, ЖМ = 0.49, АМ = 0.42, ФМ = 0.31). Видимо, это альбит--хлорит -мусковитовый сланец, протолитом которого был туффоид необычного (например, щелочно-базальтового?) состава. Как всегда в таких случаях,
имеется альтернатива — щелочной метасоматит (по базиту?), т. е. продукт аллохимического метаморфизма.
Выборка 15 — глиноземистые сланцы эпидот-амфиболитовой фации. В этой выборке 12 анализов, из которых 2 взяты из работ Н. Н. Урванцева, а остальные авторские. Можно сформировать один кластер, и один анализ не подлежит усреднению.
Кластер I аттестуется в среднем как щелочной псевдогидролизат (ГМ = 0.57, MgO = 4.19 %, №2О+К2О = 5.96 %). Как видим, средний состав пород почти такой же, как в обр. 5 из предыдущей выборки. Соответственно аналогичен и диагноз вероятного протолита: глинистые породы с каолинитом и хлоритом — продукты размыва кор выветривания по базитово-
1 Окончание. Начало статьи — см. Вестник Ин-та геологии. 2014. № 7. С. 6—11.
^еИЙпк Ю Кот1 БО УБ ЯДв, Аидив^ 2014, N0 8
*
му субстрату. Обр. 8из кол. Л. В. Мах-лаева по магнезиальности и щелочности примерно такой же, как и средний состав кластера (М^О = 5.46 %, №2О+К2О = 6.20 %), но отличается повышенной глиноземистостью (АМ = 0.58 против 0.38 в кластере), за счет чего у него и величина ГМ получается гораздо более высокой: 0.82 против 0.57 в кластере. Очевидно, протолит был особенно обогащен глиноземистыми продуктами коры выветривания. При этом весьма необычно, что столь гидролизатный состав обладает очень низким содержанием титана: ТЮ2 = 0.30 %, что в сочетании с аномально высоким содержанием А12О3 = 25.90 % дает аномально низкое значение титанового модуля (ТМ = 0.012), свойственное разве что риолитам.
Выборка 17 — высокоглиноземистые кристаллические сланцы и гнейсы амфиболитовой фации. В этой выборке 8 анализов, из которых 2 авторские, а остальные взяты из работ И. Д. Забияки (2), П. В. Виттенбурга (2) и О. О. Баклунда (2). По минеральному составу выделены три труппы: силлимани-товые и силлиманит-кордиеритовые кристаллические сланцы и кордиери-товые гнейсы, однако по химическому составу эти группы никак не индивидуализируются.
Несмотря на значительное сходство составов пород, мы все же выделили два кластера, I и II, по чисто формальному признаку — граничному значению НКМ = 0.30, со средними значениями НКМ соответственно 0.27 и 0.34. Таким образом, состав кластера II несколько более полевошпатовый, нежели кластера I. Оба кластера по среднему составу аттестуются как щелочные псевдосуперси-аллиты (ГМ 0.50—0.51, MgO 3.56— 3.97 %, №2О+1К2О = 5.32—6.25 %), нормальные по всем параметрам. Протолитом этих метаморфитов могли быть глинистые породы с хлоритом и каолинитом.
Выборка 18 — черные филлиты в зеленосланцевой фации. В этой выборке 6 анализов, из которых 3 авторские и 3 взяты из работ А. И. Забияки. По минеральному составу выделены две субфации: серицит-хлоритовая (серицит-кварцевые сланцы с графитом) и хлорит-биотитовая (аспидные сланцы с биотитом и гранатом).
Выборка очень неоднородна, поэтому выделение даже одного кластера I производится «с натяжкой», без учета различия в составе щелочей (два образца натрово-калиевые, но один
существенно калиевый). В этом кластере средний состав пород аттестуется как псевдосуперсиаллит на границе с гидролизатами (ГМ 0.55, MgO
3.61 %). Это породы гиперфемичные (ФМ = 0.25), а по глиноземистости — на границе нормо- и суперглиноземистых сиаллитов (АМ = 0.35). Очевидно, протолитом этих метаморфитов были глинистые породы хлорит-слюдистого состава, с возможной примесью базитовой пирокластики.
Составы пород вне этого кластера индивидуальны — они существенно отличаются и от кластера, и друг от друга. Обр. 2 (кол. Л. В. Махлаева) — это сернистый нормосиаллит (ГМ = 0.46, Бобщ = 3.10 %). Вследствие высокого содержания титана (ТЮ2 =
1.62 %) порода аттестуется как гипертитанистая (ТМ = 0.101). Протолитом мог быть сильно пиритизированный туффоид с базитовой пирокластикой. Обр. 3 (кол. Л. В. Махлаева) — это щелочной псевдогидролизат (ГМ 0.74, MgO 4.00 %, Ма2О+К2О = 5.80 %). Протолитом был, скорее всего, бази-товый (возможно, андезитовый) туффоид. Обр. 3 (кол. А. И. Забияки) — это миосилит вблизи границы с сиал-литами (ГМ = 0.29), нормальный по всем параметрам, но с очень высоким значением потерь при прокаливании = 9.12 %, очевидно за счет углеродистого вещества. Можно думать, что протолитом была алевритистая углеродистая глина.
2.4. Карбонатсодержащий
протолит
Выборка 21 — метаморфиты по породам, обогащенным карбонатным материалом. В этой выборке 6 анализов, из которых один авторский, а остальные взяты из работ А. И. Забияки. По минеральному составу выделены три группы: амфибол-лабрадоровые и амфибол-битовнитовые кристаллические сланцы эпидот-амфибо-литовой фации; эденитовый кристаллический сланец амфиболитовой фации; диопсид-скаполит-эпидотовые кристаллические сланцы амфиболитовой фации. С некоторой натяжкой (пренебрегая различиями) можно выделить два кластера.
Кластер I аттестуется как гипо-щелочной нормосиаллит (ГМ = 0.36, НКМ = 0.07), нормальный по остальным параметрам, с заметным содержанием СаО = 8.18 %. Кластер IIат-тестуется как гипернатровый псевдо-гидролизат (ГМ 0.58, ЩМ = 4.44, MgO 4.53 %), также высококальциевый
(СаО = 8.43 %). Протолитом этих ме-таморфитов могли быть аридные мергели (доломитистые) с разным содержанием глинистого материала, а учитывая присутствие скаполита, может быть, отчасти засоленные.
3. Обсуждение результатов
Если теперь нанести точки средних составов метаморфитов (т. е. кластеров) на сводную модульную диаграмму (рис. 2), то можно выделить по меньшей мере 4 поля, отвечающих различным терригенным протолитам. Что касается карбонатного (мергелистого) протолита, то единого поля здесь выделить не удается, так как два кластера выборки 21 слишком сильно отличаются друг от друга по составу.
Аркозовое поле (такой протолит Л. В. Махлаевым не выделялся) характеризуется высокой общей щелочностью (Ма2О+К2О в среднем > 6 %) и высокой нормированной щелочностью (НКМ в среднем 0.40—0.52), означающей обилие в породах полевых шпатов. Точка 1-!, далеко отстоящая от поля аркозов, очевидно, представляет самые кислые аркозы. Как отмечалось нами на примере голоценовых аллювиальных аркозовых песков Калифорнии [8, с. 95], сочетание высокой агпаитности (НКМ) с низким значением ГМ может быть результатом природного шлихования песчаного осадка — потерей (отмывкой) слюд, а не накопления в нем полевых шпатов.
Как видно на рис. 2, поля прото-литов в их маргинальных частях слегка перекрываются. Так, в поле грау-вакк оказываются два кластера, которые относились в оригинале к известковым грауваккам, а в поле пелитов попали некоторые граувакки. Такое перекрытие может иметь две причины: объективную и субъективную. Первая заключается в том, что указанные литотипы и в природе имеют переходные, промежуточные составы. Например, граувакка с высоким содержанием глинистого матрикса может быть аттестована не как песчаник, а как алевритовый аргиллит. А вторая причина может состоять в том, что первичная аттестация протолита была сделана Л. В. Махлаевым не вполне точно (например, кристаллический сланец, который был им отнесен к пелитовому ряду, следовало отнести к граувакковому ряду). Но в целом нужно отметить, что поля протолитов, выделенных Л. В. Махлаевым, прекрасно дифференцируются на модульной диаграмме «Шелочи — ГМ».
с
^еок-Шс. ИГ Коми НЦ УрО РАН, август, 2014 г., № 8
Однако средние составы отнюдь не исчерпывают всего многообразия химического состава параметаморфи-тов таймырского докембрия. Как было видно в табл. 2—4 и на графиках рис. 1 (см. Ч. I), помимо кластеров в совокупности анализов имеется еще целый ряд индивидуальных («аномальных») составов, не подлежащих усреднению вследствие тех или иных отличий. Если все их нанести на другую сводную модульную диаграмму (рис. 3), то, по-видимому, можно также выделить несколько полей, имеющих родственный состав.
Верхнее поле псевдогидролиза -тов, по всей видимости, отвечает существенно глинистому протолиту, обогащенному глиноземистыми продуктами размыва кор выветривания. Среднее поле псевдогидролизатов и псевдосиаллитов также, скорее всего, отвечает породам с глиноземистой примесью из кор выветривания — просто менее глинистым (алеврогли-нистым?), а также грауваккам с повышенной долей андезитовой (?) вулка-нокластики. Нижнее поле сиаллитов и силитов, скорее всего, отвечает средним и кислым туффоидам.
Но и среди этих «аномальных» образцов есть свои аномалии, выскакивающие за пределы выделенных полей. Три из них были описаны нами в разделе 2.1: это обр. 11-4 (алкалит) — либо туф щелочного базальта, либо щелочной метасоматит по базиту; обр. 7-4 и 10-3 — натровые породы, могущие быть либо существенно аль-битовыми туффоидами, либо альбито-выми метасоматитами. Самый кислый состав обр. 2-1 (нормосилит) выше не описывался. Но, судя по невысокому модулю нормированной щелочности НКМ (0.28) и низкой общей щелочности (№20+К20 = 2.43 %), это просто существенно кварцевый песчаник (альтернативы: окварцованная порода или фтанитовая граувакка).
Примечательной особенностью рассмотренных составов является по -вышенная магнезиальность пород: среди них очень много псевдосиалли-тов и псевдогидролизатов (табл. 2—4). Если псевдосиаллиты с невысокими значениями ГМ можно интерпретировать как граувакки с повышенной долей андезитовой(?) кластики, то интерпретация псевдогидролизатов уже не так проста. Дело в том, что типичными псевдогидролизатами являются базальтоиды [8]. Но рассмотренные выше сланцы и гнейсы, безусловно, являются параметаморфитами: во-
1,00
0.80
0,60
0,40
0,20
0,00
А 1 □ 2 А 3 • 4 О 5
21-11 / ♦
У Г
о 21-1 А^Г 1
л
1-1
0,0
2,0
4.0
Ы«120+К А1
6,0
8,0
Рис. 2. Поля разных протолитов на сводной модульной диаграмме средних составов-кластеров: 1 — граувакки; 2 — известковые граувакки; 3 — аркозы; 4 — пелиты; 5 — карбонатсодержащие породы. Обозначения типа 21 -II отвечают номеру выборки (21) и кластера (II) в этой выборке (см. табл. 2—4)
Рис. 3. Поля составов «аномальных» протолитов на сводной модульной диаграмме Условные обозначения на рис. 2. Обозначения типа 7-4 отвечают номеру выборки (7) и образца (4) в этой выборке (см. табл. 2—4)
первых, в них нет характерной для ба-зальтоидов высокой титанистости, а во-вторых, их гидролизатность вызвана не низким содержанием БЮ2 (как в базальтоидах), а повышенным содержанием А1203, так что это, бесспорно, «истинные» гидролизаты. По-видимому, причина повышенной маг-незиальности таймырских докемб-рийских метагидролизатов заключается в особенностях древнего выветривания, что подчеркивалось нами в «Основах литохимии» [8, с. 241—242]: «Необходимо отметить важную тенденцию распространения псевдогидролизатов, генетически связанных с наземными корами выветривания: они характерны для древних КВ (докембрийс-
ких и нижнепалеозойских) и не свойственны более молодым КВ, где, очевидно, магний выносился более энергично». По этой причине такие образования мы даже предлагали называть иначе — не псевдогидролизатами, а магнезио-гидролизатами.
4. Альтернативы
интерпретации
Как было видно из изложенного, обычно в литохимии присутствуют две альтернативы интерпретации: туф-фоид или метасоматит; вулканоклас-тика или пирокластика.
Сама идеология определения про-толита по химическому составу породы базируется на допущении изохи-
Vestnik IG Komi SC UB RAS, August, 2014, No 8
мичности метаморфизма. Однако при изучении низов разреза доуралид на Приполярном Урале мы обнаружили массовое проявление аллохимическо-го метаморфизма, а именно щелочного метасоматоза (натрового либо калиевого), в толщах переслаивания зеленых сланцев-метабазитов с метаарко-зами [9]. Л. В. Махлаев также отмечал подобный аллохимический процесс в слоистых сланцево-граувакковых толщах докембрия Таймыра, хотя и считал его сугубо локальным: «Очевидно, что при метаморфизме идут обменные реакции между смежными прослоями, отличными по составу. Однако выдержанность средних содержаний говорит о том, что дистанция миграции элементов при этих реакциях едва ли превышала доли метра — от прослоя к прослою» [2, с. 31]. Тем не менее какие-то пробы вполне могли быть взяты именно из такого, метасоматически измененного прослоя, и, таким образом, проблема диагноза остается.
Что касается альтернативы «вул-канокластика или пирокластика», то она отмечалась нами и в «Основах ли-тохимии» [8, с. 310], и вновь была подчеркнута недавно на Сыктывкарском совещании по диагностике продуктов вулканизма в осадочных толщах [7]. В частности, с такой проблемой диагноза мы столкнулись при изучении зеленых сланцев Лемвинс -кой зоны на Приполярном Урале [5]. Решение ее весьма актуально, например для определения положения в разрезе зеленых слоистых сланцев «второго типа» погурейской свиты: «Ибо, если мы имеем туффоиды, то можно говорить о всех зеленых сланцах в терминах "базальты и их туфы (туффиты)", считая погурейскую свиту допалеозойской соответственно общепринятому для Севера Урала возрасту бедамельских (маньинских, саб-легорских и пр.) базальтоидов. Если же это все-таки метаграувакки, то возраст их протолита может быть значительно моложе возраста их петро-фонда (т. е. размывавшихся основных или средних вулканитов). В этом варианте погурейская свита может ока-
заться ираннепалеозойской, например ордовикской» [5, с. 17]2.
Что касается таймырских мета-морфитов, то для низкометаморфизо-ванных пород (зеленосланцевая фация) и вдобавок с крупными обломками никакой альтернативы «вулкано-кластика или пирокластика», разумеется, не возникает. Так, при описании метаморфитов грауваккового ряда в зеленосланцевой фации Л. В. Махлаев указывал, что гравийные частицы размером 0.5—2.0 мм, объемная доля которых может составлять 1—25 %, «представлены обломками эффузивов (фельзи-ты, альбитофиры, порфириты) и кремнистых сланцев» [2, с. 28]. Однако для частиц матрикса, а также в породах более высоких фаций метаморфизма распознать первичную вулканокласти-ку и тем более отличить ее от пирокла-стики (что можно сделать только по некоторой окатанности первой) уже практически невозможно.
Выводы
Литохимическая обработка 21 выборки силикатных анализов докемб-рийских параметаморфитов Таймыра (всего около 260 анализов), собранных в докторской диссертации профессора Л. В. Махлаева (1979 г.), позволила выделить около 30 средних составов-кластеров и 15 индивидуальных составов, не подлежащих усреднению.
Особенностью составов является их повышенная магнезиальность, что выражается в аттестации многих пород как псевдосиаллитов и псевдогид-ролизатов. Эта особенность отчасти связана с андезитовым (?) петрофон-дом рифейских псаммитов Таймыра, а отчасти, вероятно, коренится в специфике древнего выветривания, в котором магний вел себя как малоподвижный компонент.
Литохимическая методика позволяет полностью подтвердить диагноз протолита, сделанный Л. В. Махлае-вым, и согласиться с выделенными им типами протолита: граувакковым, из-вестково-граувакковым и пелитовым. Поля этих типов протолита прекрасно дифференцируются (с незначи-
тельными перекрытиями) на модульной диаграмме «Щелочи — гидроли-затный модуль». В то же время лито-химия позволяет заметить немаловажные нюансы состава метаморфитов и выделить несколько других типов протолита: аркозы, кварцевые песчаники (или фтанитовые граувакки?), гидролизатные глины, кислые и средние туффоиды.
Литохимическая обработка заставляет вновь обратить внимание на актуальные альтернативы диагностики: «вулканокластика или пирокластика» и «туффоиды или метасомати-ты». Однако для выбора этих альтернатив геологу недостаточно одной литохимии и необходима дополнительная информация — петрографическая и/или геологическая.
Литература
1. Махлаев Л. В. Гранитная серия докембрия Таймыра и проблема па-леолитологических реконструкций ультраметаморфических комплексов: Дис. ... докт. геол.-минерал. наук. Часть II: Альбом приложений. Красноярск: Красноярский ин-т цветных металлов, 1979. 119 с. 2. Махлаев Л. В. Изолитогенные гранитные ряды. Новосибирск: Наука, 1987. 152 с. 3. Махлаев Л. В. Полвека в геологии. Сыктывкар, 2010. 750 с. 4. Ситников Т. А. Литохимический комплекс: (Стандарт ЮК-График ЮК). URL: http:// lithology.ru/node/854. 5. Соболева А. А, Юдович Я. Э., Кетрис М. П., Васильев А. В. Зеленые сланцы Лемвинской зоны // Вестник Ин-та геологии Коми НЦ УрО РАН. 2010. № 1. С. 14—20. 6. Шутов В. Д. Классификация песчаников // Литол. и полез. ископаемые. 1967. № 5. С. 86—104. 7. Юдович Я.Э. Несбывшиеся ожидания: Предисловие редактора // Диагностика вулканогенных продуктов в осадочных толщах. Сыктывкар: Геопринт, 2012. С. 3—24. 8. Юдович Я. Э, Кетрис М. П. Основы литохимии. Л.: Наука, 2000. 479 с. 9. Юдович Я. Э, Кетрис М. П., Мерц А. В. Щелочные метасоматиты в древних толщах Приполярного Урала // Геохимия. 1993. № 3. C. 395—411.
Рецензент д. г.-м. н. И. Л. Жуланова
2 Заметим, что по совокупности всех литохимических данных погурейские зеленые сланцы «второго типа» были отнесены нами к палеозою, т. е. для них был предположен граувакковый, а не туффоидный протолит.
