Вопросы восстановления первичного состава терригенных и терригенно-хемогенных пород высокой степени метаморфизма

Серия терригенных и терригенно-хемогенных пород, метаморфизованных в условиях амфиболитовой и гранулитовой фаций, имеет широкое распространение в пределах Балтийского щита и выделяется под названием гранулитового комплекса.

При восстановлении первичной природы пород использовался комплекс методов. Общегеологические методы, в частности изучение стратификации, позволили установить, что кристаллические сланцы, амфиболиты и гранулиты залегают в виде пластов, прослеживающихся на большие расстояния и при этом сохраняющих четко выраженные поверхности напластования, выдержанное падение, постоянную мощность, значительно меньшую, чем протяженность пласта. Слоистый характер залегания подчеркивается хорошо выраженной пластовой отдельностью (рис. 53).

Послойное описание пород и прослеживание отдельных горизонтов или пачек пород по простиранию позволило составить стратиграфические разрезы, сопоставить их, составить схематические геологические профили и карты отдельных участков. В результате изучения стратиграфической последовательности пород гранулитовый комплекс Кольского полуострова расчленен на четыре толщи: гнейсово-амфиболитовую, существенно плагиоклазовых кристаллических сланцев, двупироксеновых кристаллических сланцев и гранулитоз. Изучение стратиграфических взаимоотношений пород гранулитового комплекса с подстилающими толщами выявило его повсеместное залегание на гнейсах беломорской серии.

Ясно выраженная стратификация толщ амфиболитов, кристаллических сланцев и гранулитов дает возможность использовать аэрофотометоды для выяснения условий их залегания, для расшифровки тектонических структур. Проведенное дешифрирование аэрофотоматериалов показало, что кристаллические сланцы и гранулиты образуют на снимках рисунок, характерный для слоистых осадочных пород. Выделенные в разрезе толщи существенно плагиоклазовых кристаллических сланцев и двупироксеновых кристаллосланцев на снимках имеют разный цвет и различный рисунок структурных линий. Внутри толщ дешифрируются простирания отдельных пластов.

При восстановлении первичной природы терригенных и терригенно-хемогенных пород высокой степени метаморфизма были использованы литологические методы, в частности, изучение текстурных и структурных особенностей пород. Помимо общей стратификации почти все разновидности кристаллических сланцев и гранулитов сохраняют реликтовую параллельную и косую слоистость.

Согласно представлениям П. Ниггли, А. Харкера и П. Эскола, региональный метаморфизм можно рассматривать как стремление горных пород к изохимическому изменению.

Естественно, что при литологическом изучении высокометаморфизованных пород встречаются значительные трудности. Известно, что в условиях гранулитовой фации прогрессивного регионального метаморфизма большую роль играет ориентированное давление (стресс), которое часто определяет резко полосчатую линейную текстуру метаморфических пород. Несомненно, что результатом такого давления при метаморфизме явились пластинчатые формы гиперстенов в кристаллических сланцах и лентовидные выделения кварца в гранулитах. В связи с этим описываемая ниже горизонтальная полосчатость пород представляется истинной реликтовой слоистостью седиментационного происхождения.

Значительные трудности встречаются при выделении и описании реликтовой косой слоистости. Каждая выделенная нами в стратиграфическом разрезе толща характеризуется определенными типами слоистости. Для гнейсово-амфиболитовой толщи характерны ритмичное строение, четкая тонкая горизонтальная слоистость пород, часто ритмичная и косая слоистость потокового типа. В ряде мест наблюдаются маломощные линзовидные пласты полимиктовых конгломератов.

В плагиоклазовых кристаллических сланцах также сохраняется первичная слоистость. Она обусловлена, прежде всего, наличием пластов и прослоев существенно меланократового состава среди преобладающих по мощности лейкократовых разновидностей. Горизонтальная слоистость пород четко выражена чередованием слоев и слойков с различным содержанием породообразующих и акцессорных минералов. В пределах лейкократовых слоев тончайшая слоистость подчеркивается цепочкообразным расположением зерен граната.

Кроме горизонтальной слоистости, в плагиосланцах наблюдается реликтовая косая слоистость различных морфологических типов. Например, в разрезе через 30-метровую пачку плагиосланцев, в которой отдельные пласты различаются по составу и зернистости, присутствуют шесть пластов, характеризующихся различными типами косой слоистости. Это разнонаправленная или перекрестная слоистость, диагональная однонаправленная, линзовидная (рис. 54). Характерной особенностью толщи плагиосланцев является наличие в ней пластов и пачек пород, содержащих графит.

Горизонтальная слоистость пироксеновых кристаллических сланцев обусловлена различной зернистостью и неодинаковым составом пород в пластах, слоях и слойках. В отличие от плагиосланцев она выражена не резко. В толще пироксеновых кристаллосланцев встречаются пласты с косой слоистостью потокового типа.

В породах верхней толщи гранулитового комплекса наблюдается многообразие реликтовых слоистых текстур, обусловленных чередованием разных по составу, зернистости и структуре слоев. Характерным для пород этой толщи является наличие зернистого (обломочного) кварца, существующего наряду с лентовидными выделениями кремнезема метаморфогенного происхождения. Кварцполевошпатовые гранулиты содержат маломощные кварцитовидные прослои, насыщенные чешуями графита. В биотитовых гранулитах с силлиманитом и гранатом реликтовая слоистость выражается в повышенной концентрации отдельных минералов (часто силлиманита и рутила), располагающихся в виде слойков, согласных с общим напластованием пород.

Косая слоистость в гранулитах представлена двумя морфологическими типами: потоковой с косыми слойками, плавно выполаживающимися у основания серии и веерообразно расходящимися к ее кровле, и перекрестной мелкой (мощность серии 1—3 см) разнонаправленной.

Еще одна группа методов, необходимых для восстановления первичной природы терригенных пород высокой степени метаморфизма, — это изучение их вещественного состава.

Полный минеральный состав пород гранулитового комплекса достаточно разнообразен; в них насчитывается 12 главных породообразующих и 18 второстепенных и акцессорных минералов. По минеральным парагенезисам пироксеновые сланцы и гранулиты соответствуют метаморфическим образованиям гранулитовой фации. Гранулиты в основном сложены плагиоклазом (олигоклаз-андезином), оргоклаз-микроклином, кварцем, гранатом (пироп-альмандином), силлиманитом, биотитом, в них присутствует дистен, муллит, кордиерит, графит. Кордиерит встречается иногда в значительных количествах. В некоторых районах графит в гранулитах приобретает значение породообразующего минерала. В акцессорных количествах в гранулитах развиты циркон, монацит, рутил, ильменит, апатит, шпинель. Пироксеновые кристаллические сланцы состоят из плагиоклаза (андезин-битовнита), гиперстена, салита (реже диопсида). Иногда присутствуют скаполит, биотит, роговая обманка, кварц. Акцессории: циркон, ильменит, апатит.

Проведенные по методике О.М. Розена литохимические пересчеты валового химического состава различных пород гранулитового комплекса на нормативный минеральный состав исходных осадков показали, что гранулиты и кристаллические сланцы сопоставимы с песчано-глинистыми, глинистыми и глинисто-карбонатными образованиями (табл. 25). Осадочные аналоги скаполитсодержащих кристаллических сланцев, кроме карбонатов, по всей видимости, могли содержать и некоторое количество солей.

Вариационная диаграмма, построенная по результатам послойного полуколичественного спектрального анализа кристаллических плагиосланцев, показала различное, меняющееся от слоя к слою, содержание малых элементов, что характерно для первично осадочных образований. Неодинаковые содержания титана, никеля, меди, циркония, скандия и иттрия в разных по составу породах, их ритмичное распределение, отражают ритмичность строения разреза гранулитового комплекса и ритмичность процесса осадконакопления.

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы относительно первичной природы пород гранулитового комплекса. Четкая стратификация, выраженная в пластовом залегании, свидетельствует о первично осадочном происхождении описываемых пород. Наличие реликтовой слоистости, горизонтальной и косой говорит об образовании амфиболитов, кристаллических сланцев и гранулитов в водной среде. Изучение вещественного состава позволяет судить об обстановке осадкообразования той или иной разновидности породы или толщи в целом. Гнейсово-амфиболитовая толща представляла собой песчаные и песчано-карбонатно-глинистые, богатые железом, осадки прибрежных частей водного бассейна. Толща кристаллических плагиосланцев, по-видимому, возникла за счет изохимического метаморфизма глинистых осадков и мергелей, богатых натрием и кальцием и содержащих примесь сульфатных минералов. Большое однообразие плагиосланцев и тончайшая горизонтальная реликтовая слоистость говорят об образовании первичных глин и мергелей в условиях замкнутого водного бассейна при ограниченном поступлении терригенного материала. Наличие среди плагиосланцев диопсид-роговообманковых скаполитсодержащих разновидностей свидетельствует о засоленности первичных осадков. Толщу кристаллических плагиосланцев Кольского полуострова можно сопоставлять со скаполит-диопсид-роговообманковыми плагиоклазовыми гнейсами Алданского щита, Прибайкалья, Канадского и Австралийского щитов, описанных в работе Д.П. Сердюченко. Таким образом, толща кристаллических плагиосланцев — это первичная толща хемогенных (карбонатно-сульфатно-хлоридных) глинисто-алевритовых и карбонатных пелитовых осадков.

Исходным материалом пироксеновых кристаллических сланцев могли служить терригенно-глинистые и мергелистые осадки, богатые железом, титаном, редкими землями и щелочами. Условия образования исходных осадков существенно плагиоклазовых и пироксеновых кристаллических сланцев близки, с той лишь разницей, что степень засолоненности бассейна во время формирования пород, давших начало пироксеновым кристаллическим сланцам, уменьшается, а количество карбонатного материала увеличивается. Об этом можно судить по большому количеству прослоев существенно гранатового кристаллического сланца с моноклинным пироксеном.

Гранат-кварц-полевошпатовые гранулиты образовались при метаморфизме песчанистых и песчано-глинистых осадков, содержащих значительное количество высокоглиноземистого глинистого вещества и прослои биогенного графита. Можно предположить, что эти породы явились продуктами перемыва коры выветривания латеритного типа. Анализ стратиграфического разреза гранулитового комплекса в целом говорит о смене глинисто-карбонатных засолоненных отложений вверх по разрезу более песчанистыми отложениями.