Геохимические особенности метаморфизованных карбонатно-глинистых пород в связи с условиями их седиментации (на примере параамфиболитов)


Широкое развитие амфиболитов и кристаллических сланцев основного состава в докембрийских регионах определяет повышенный интерес исследователей к восстановлению первичной природы этих конвергентных пород. Исследования последних лет, отраженные в работах целого ряда авторов, показали перспективность методов, связанных с углубленным изучением химического состава метаморфизованных образований для восстановления их первичной природы. Все более актуальными становятся вопросы восстановления условий седиментации первично осадочных метаморфизованных пород, поскольку, «...выявление фациальной и палеогеографической обстановки формирования первично осадочных толщ является главным для раскрытия геохимических особенностей гипергенеза в докембрии».

В данной работе приводится анализ геохимических особенностей амфиболитов из нижнепротерозойских комплексов Восточной части Балтийского щита, позволяющий наметить геохимические критерии первичной природы амфиболитов. Далее, для первично осадочных пород (параамфиболитов) сделана попытка выявить ряд геохимических особенностей, связанных с условиями седиментации первичного субстрата этих пород.

Исследования проводились сотрудниками Сектора геологии и геохимии метаморфических пород ВИМСа под научным руководством акад. А.В. Сидоренко.

Среди нижнепротерозойоких комплексов Восточной части Балтийского щита (кейвская, парандовская, гимольская, сортавальская, ладожская серии и свиты хизовара и хирвинаволок Кольского полуострова и Карелии) было выделено семь групп параамфиболитов и семь групп ортоамфиболитов, достаточно четко различающихся по комплексу геолого-литологических, петрохимических и геохимических данных. Амфиболиты, несущие признаки как первично осадочных, так и первично магматических пород (метатуфы, метатуффиты), выделены в особую группу и в данной работе не рассматриваются. В качестве сравнительного материала приведены данные по основным, магматическим породам (главным образом литературные) и по осадочных породам, близким по химическому составу к амфиболитам (осадочные эквиваленты, коллекция и аналитические данные Н.А. Созинова).


Сопоставление состава пара- и ортоамфиболитов по содержанию основных петрогенных элементов и элементов-примесей (табл. 22—24), показывает, что ортоамфиболиты по сравнению с параамфиболитами в целом обладают несколько повышенным содержанием Ti, Mg, Cr, Ni, Co, V, Sc. В свою очередь, параамфиболиты отличаются несколько более высокой концентрацией таких элементов как В, Rb, Ba, Sn и др. Однако, как нами уже указывалось, сопоставление различных генетических групп амфиболитов по отдельным химическим элементам и оценка генетической значимости каждого из этих элементов, зачастую, носит субъективный характер. В связи с этим нами было предложено в качестве суммирующего параметра для выявления различий в концентрации элементов-примесей между генетическими группами амфиболитов использовать коэффициент относительной фемафильности. Последний (Кfm) представляет собой отношение Rfm — коэффициента накопления фемафильных элементов (Cr, Ni, Co, V, Sc, Zn, Cu) к Rfl — коэффициенту накопления элементов фельсифильной и гемеофильной групп (Rb, Pb, Zr, Ba, Sr, В).

Величина К/m (см. табл. 24) варьирует в различных типах ортоамфиболитов (7 выборок) от 3,6 до 7,6, составляя в среднем 4,0. Это близко к среднему значению Кfm для основных магматических пород (3,8). Параамфиболиты характеризуются средней величиной этого коэффициента — 1,8 при вариациях от 0,4 до 3,3 (7 выборок). Коэффициент фемафильности (Кfm) для таких осадочных пород как глины равен 0,5, песчаники 0,25, карбонатные породы 0,17.

Характерно, что глинисто-карбонатные породы, рассматриваемые в качестве возможных осадочных эквивалентов амфиболитов, обладают по сравнению со средними глинами резко повышенным коэффициентом накопления фемафильных элементов (Rfm=2,6, против 1,2 для глин, что даже выше, чем для магматических пород основного состава — 2,3). Средняя величина Кfm этих пород (0,8) укладывается в интервал вариаций этого параметра для параамфиболитов, что подтверждает возможность формирования отдельных типов параамфиболитов за счет осадочных пород подобного типа.

Поскольку интервалы значений коэффициента относительной фемафильности для пара- и ортоамфиболитов существенно различаются, не перекрываясь, можно рассматривать этот геохимический параметр в качестве одного из диагностических при решении вопроса о первичной природе амфиболитов неясного генезиса, разумеется, с учетом и других геологических и петрохимических признаков.

Величины отношений пар геохимически близких элементов Sr/Ва, Mg/Li, Nb/Ta (см. табл. 24) существенно различны для пара- и ортоамфиболитов, причем, величины этих отношений в ортоамфиболитах близки к наблюдаемым в изверженных породах основного ряда, а для параамфиболитов — в осадочных эквивалентах. Тенденции таких отношений как Ni/Co, Li/Rb менее четки и, по-видимому, не могут быть использованы в качестве генетических критериев.

Проведенный нами анализ корреляционных отношений между химическими элементами внутри генетических групп также показал наличие существенных различий между пара- и ортоамфиболитами. Сопоставление матриц парной корреляции между более чем двадцатью элементами, определенными количественными методами в пара-и ортоамфиболитах (12 выборок по 10—20 проб) показало, что количество значимых положительных связей в параамфиболитах в среднем вдвое больше, чем в ортоамфиболитах. Вероятно, это связано с большим количеством различных типов связи в гипергенном цикле по сравнению с эндогенными условиями. Различия же в степени изоморфизма и миграционной способности химических элементов в зоне гипергенеза и в эндогенных процессах определяют различия в характере связей между элементами.

Наиболее контрастно пара- и ортоамфиболиты различаются по характеру корреляционных связей для групп Mg, Cr, Ni, Co, с одной стороны, и Ti и Sc — с другой (Sc, по-видимому, более тесно связан с Ti и Al в осадочном процессе). Для параамфиболитов характерна четкая положительная корреляция в парах Ti—Sc, Sc—Cr, Sc—Ni при отсутствии связей Ti—Mg, Mg—Cr, Ti—Cr, в то время как для ортоамфиболитов характерно наличие четкой положительной связи Mg—Cr и отрицательных связей в парах Ti—Mg, Ti—Cr, Sc—Cr, Sc—Ni. Имеющиеся данные по отдельным группам осадочных эквивалентов амфиболитов подтверждают наличие в этих породах указанных тенденций: четкая положительная связь Ti и Mg и отсутствие связей Mg—Cr, Ti—Cr.

Таким образом, на основании проведенных исследований можно сделать вывод, что пара- и ортоамфиболиты ряда нижнепротерозойских комплексов Карелии и Кольского полуострова существенно различаются по относительной фемафильности пород, по величинам отношений пар близких элементов и по характеру корреляционных связей. Кроме того, эти исследования позволяют выявить близость ортоамфиболитов с магматическими породами основного состава, а параамфиболитов с карбонатно-глинистыми породами — их осадочными эквивалентами. Здесь следует отметить, что все перечисленные геохимические параметры достаточно широко варьируют в пределах рассматриваемой группы параамфиболитов в зависимости от конкретных литолого-фациальных условий формирования. Задача нижеследующего раздела — выявление геохимических особенностей параамфиболитов, связанных с условиями седиментации первичного субстрата этих пород.

По характеру ассоциирующих пород (табл. 25) среди разрезов, включающих параамфиболиты, могут быть выделены три основных типа: I — терригенный (элювиально-остаточный), II — терригенно-карбонатный, III — хемогенный. К первому типу могут быть отнесены элювиальные отложения и продукты корообразовательных процессов. Это маломощные линзы параамфиболитов из базальных горизонтов червуртской свиты кейвской серии, прослои порфиробластических амфиболитов свиты хизовара, ассоциирующие с кварцитами и кианитовыми сланцами, а также, вероятно, косослоистые амфиболиты и амфиболовые сланцы, ассоциирующие с кварцитами, ставролит-биотитовыми сланцами свиты леппялампи. Ко второму типу, терригенно-карбонатному, могут быть отнесены амфиболиты, находящиеся в ритмичном чередовании с прослоями карбонатов и кристаллических сланцев различного состава (свита хирвинаволок Северной Карелии и сортавальская серия северного Приладожья). К хемогенному типу отнесены амфиболиты, ассоциирующие с железистыми кварцитами гимольской серии, поскольку наличие микроритмичности, представленной чередованием слойков кварца, магнетита и амфиболитов, указывает на специфику осадконакопления этих комплексов.

Различия в химизме указанных литолого-фациальных типов параамфиболитов достаточно четко отражаются в вариациях возможных минеральных ассоциаций, полученных при пересчете химических анализов параамфиболитов (по модифицированной методике О.М. Розена) на возможный компонентный состав осадка.

Амфиболиты терригенного типа разреза характеризуются резко повышенным количеством обломочной фракции (20—40%) и пониженным — карбонатной составляющей. По расчетам в глинистой фракции отмечается относительное преобладание каолинитовой составляющей, что, возможно, свидетельствует о высокой степени «зрелости» размываемых осадков. Об этом же прямо свидетельствуют: ассоциация с кианитовыми сланцами и кварцитами (свиты хизовара и червуртская), низкое значение коэффициента относительной фемафильности — 0,2 (для амфиболитов червуртской свиты), а также повышенные концентрации в этих породах элементов-гидролизатов («остаточных» продуктов корообразовательного процесса) — алюминия, титана, галлия, циркония, железа, а в некоторых случаях ниобия, тантала, гафния.

В целом для амфиболитов этой группы характерны резкие вариации всех геохимических параметров, отражающие различную степень зрелости осадков. Для корреляционных парагенезисов амфиболитов этой группы, т. е. ассоциаций химических элементов, связанных значимой корреляцией, характерно наличие «остаточных» связей «магматического типа», а именно — положительная связь Fe с Mg и Mn и с элементами группы фемафилов — Ni, Co, Cr, V, Sc — при одновременно отрицательной связи Al с Cr, V, Sc. Особенно четко эти связи фиксируются для косослоистых серий. Отметим, что для амфиболитов терригенно-карбонатного и хемогенного типов, наоборот, характерна положительная связь группы Sc, Ti, Ni, Cr, V с Al и отрицательная с Fe и Mn.

Амфиболиты второго типа разреза ассоциируют с терригенно-карбонатными породами, представленными мраморами, доломитами, биотитовыми сланцами и образующими ритмично-слоистое чередование. Возможный компонентный состав: невысокие значения обломочной составляющей — 5—15%, 5—20% — гидрослюдистой и 30—45% — монтморрилонита и сепиолита. Железистая составляющая в них невелика — 10—15%, карбонатная (доломит) — до 25%.

Породы обладают повышенной фемафильностью (Кfm равен 2,3—2,6), величина отношения Ca/Sr типична для пород с повышенной карбонатностью (до 950). Характерно увеличение концентрации В, Rb, Zn и Cu и положительная корреляция Al со Sc, Ti, Ni и V при отсутствии связи Fe с Mn, Cr, V и т. д.

Формирование осадков, по-видимому, происходило в мелководном бассейне лагунного типа в условиях аридного климата, когда возможно существование магния как в карбонатной (доломит), так и силикатной форме (сепиолит). Аналогом подобного рода условий формирования могут служить разрезы пермских красноцветов Предуралья, где в разрезах, аналогичных по строению описанным, зафиксировано присутствие глинисто-карбонатных осадков с сепиолитом, близких по химизму к амфиболитам. Об этом же свидетельствуют повышенная концентрация бора, редких щелочей и меди, накопление которых независимо от их источника происходило также главным образом в условиях аридного климата.

Хемогенный тип разреза характеризуется тонким ритмичным, участками микроритмичным строением. Амфиболиты, нередко с куммингтонитом, чередуются с железистыми кварцитами и биотит-амфиболовыми сланцами, часто с углистым веществом и пиритом. Расчет на возможный компонентный состав этих амфиболитов показывает присутствие до 20% свободной кремнекислоты при низком содержании глинистой фракции (каолинит + гидрослюда 5—10%, монтмориллонит 15—20%). Резко повышено содержание железистых компонентов: хлорита, анкерита.

Характерной особенностью этих амфиболитов является низкая относительная фемафильность (0,5) и аномально высокое отношение Fe/V (> 4*10в3), свидетельствующие о высокой степени химической дифференциации осадков. Породы этой группы наряду с железом обогащены марганцем и бором и обеднены титаном. Такие элементы, как Al, Na, Cu и В, образуют наиболее типичные корреляционные парагенезисы с группой (V, Sc, Ti, Co, Ni, Cr) при одновременно четко выраженной отрицательной связи железа с этой же группой элементов. Последнее указывает на геохимическую обособленность железа, поступавшего в бассейн, по-видимому, в хемогенной форме, и в последующем его осаждении в удалении от береговой линии на достаточно больших глубинах. Связь бора с группой хрома и отсутствие связи с железом, показывают, что бор, вероятнее всего, поступал в бассейн в сорбированном виде с глинистой фракцией.

Таким образом, исследования закономерностей химизма даже та-тих казалось бы однородных и «малоинформативных» метаморфических пород, как амфиболиты, позволяет выявить в их составе особенности, свидетельствующие о специфике осадконакопления в период формирования их первичного субстрата. Проведенные исследования показывают возможность формирования амфиболитов за счет метаморфизма целого спектра осадков с широкими вариациями первичного состава. Так, между тремя выделенными по типам разрезов группам параамфиболитов четко намечается ряд литолого-геохимических различий, выражающихся, во-первых, в количественном соотношении обломочных и глинистых компонентов и в ассоциациях глинистых минералов, во-вторых, в соотношениях геохимических параметров (коэффициента относительной фемафильности и величин отношений Sr/Ва, Mg/Li, Ca/Sr, Fe/V) и, в-третьих, в наборе специфических элементов, обладающих повышенной концентрацией (элементы — гидролизаты в терригенно-остаточном типе разреза, бор, редкие щелочи, медь — в терригенно-карбонатном и элементы группы железа и бор — в хемогенном). И наконец, при наличии «сквозных», т. е. общих для всех параамфиболитов связей (Ti) — (Ni, Co, Cr, V, Sc); (Cr, Ni) — (Sc) и т. д. наблюдаются заметные различия в характере корреляционных парагенезисов параамфиболитов различных типов.

Последнее обусловлено как различиями в характере поступающего материала, так и климатическими особенностями условий формирования осадков. Как было показано выше, формирование исходных осадков, послуживших первичной основой для параамфиболитов в раннем протерозое Восточной части Балтийского щита, происходило преимущественно за счет карбонатно-глинистых пород в самых разнообразных структурно-фациальных обстановках (от прибрежно-элювиальных до хемогенных, возможно, глубоководных) в условиях соответствующих различным типам литогенеза (от аридного до гумидного, включая, возможно, и элементы эффузивно-осадочного).

Исходя из этого, важным дальнейшим этапом восстановления первичной природы метаморфических пород основного состава является разработка методов диагностики конкретных генетических типов осадков, преобразованных при метаморфизме в параамфиболиты. Основой для этого может послужить литолого-геохимическое сопоставление параамфиболитов с осадками, близкими им по химизму (осадочные эквиваленты). К настоящему времени показано широкое развитие осадков, близких по химизму к параамфиболитам среди отложений различных структурно-фациальных зон в возрастном интервале от позднего докембрия до мезо-кайнозоя. При сопоставлении метаморфических пород основного состава и их неметаморфизованных эквивалентов могут быть использованы некоторые из приводимых ниже методических положений.

На первом этапе важно представить возможные варианты минералогического состава первичных осадков, эквивалентных параамфиболитам, поскольку соотношения главных компонентов осадка, и в том числе глинистых минералов, является денным палеогеографическим индикатором. Такую возможность дают литохимические пересчеты и пересчеты на минералы осадков, проведенные по методу О.М. Розена в его модифицированном варианте.

Приведенные в нашем примере вариации главных расчетных компонентов (обломочный, глинистый, хлоритовый и карбонатный) соответствуют специфике осадконакопления каждого из выделенных типов разреза (преобладание обломочных и гидрослюдисто-каолиновых компонентов в терригенном типе разреза, карбонатно-глинистых в терригенно-карбонатном и хлорит-карбонатных в хемогенном). С геохимических позиций теоретической основой для такого рода сопоставлений являются различия в степени дифференцированности осадков и степени контрастности разделения химических элементов на специфические ассоциации (группы). В зависимости от типа литогенеза карбонатно-глинистые осадки могут быть обогащены элементами-гидролизатами (гумидный тип), бором, редкими щелочами, медью (аридный тип) и т. д., которые могут рассматриваться в качестве типоморфных. Таким образом, анализ концентраций элементов-примесей и выявление групп типоморфных элементов, позволяют судить о конкретных условиях формирования древних осадков.

Перспективным, по-видимому, также является выявление групп элементов, характеризующихся различной степенью корреляционных связей. Учитывая различия в степени изоморфизма химических элементов в эндогенном и экзогенном циклах, а также в их миграционной способности, вытекающие из рассмотрения эмпирических рядов подвижности Н.М. Страхова, А.И. Перельмана, Н.А. Лисициной, можно наметить ряд соотношений пар близких элементов, а также выявить парагенетические группы, характеризующиеся различной степенью корреляционных связей. Так, например, для амфиболитов «элювиально-остаточного» типа разреза характерно наличие «реликтовых» связей магматического типа (связь Fe с Mg и Mn и с элементами-фемафилами — Ni, Co, Cr, V, Sc), при отрицательной связи Al с Cr, V, Sc, в то время как для амфиболитов из терригенно-карбонатного и хемогенного разрезов характерна положительная связь Sc, Ti, Ni, Cr, V с Al и отрицательная с Fe и Mn. Следует отметить, что вопрос о корреляционных связях между элементами для метаморфических, как впрочем, и для неметаморфизованных пород, практически не разработан и, безусловно, требует дальнейших исследований.

В целом, литолого-геохимический анализ комплексов, включающих параамфиболиты, и сопоставления их с конкретными типами осадочных разрезов, включающих осадочные эквиваленты метаморфических пород основного состава, позволяют не только реставрировать конкретные условия формирования древних осадков, но и являются важным инструментом при выявлении металлогеничеокой специфики метаморфических толщ.

Приуроченность осадочных эквивалентов амфиболитов к определенным типам осадочных формаций позволяет наметить комплекс рудных концентраций, для которых возможна ассоциация с породами, близкими по химическому составу к амфиболитам. Здесь может быть выделено два типа рудных разрезов: 1) осадочные эквиваленты амфиболитов, сами являющиеся концентраторами рудного вещества (медистые и пиритоносные глинистые сланцы, осадки, ассоциирующие с гипсоносными и соленосными глинами, обогащенные бором и редкими щелочами); 2) породы, близкие по химизму к амфиболитам, которые, сами не являясь источником рудного вещества, тесно ассоциируют с рудами и некоторыми типами нерудного сырья (железные руды из оолитовых и сидеритоносных субформаций, горизонты кианитовых сланцев и гранатитов, образующихся при метаморфизме высокоглиноземистых и железисто-глиноземистых пород, ассоциирующих с осадками, изохимичными амфиболитам).

Наличие указанных типов рудных разрезов среди докембрийских метаморфических комплексов позволяет по-иному подойти к вопросу о возможности прогнозирования перечисленных видов полезных ископаемых в пределах регионов с развитием древних метаморфических пород.

Таким образом, возможности геолого-литологического подхода к метаморфическим породам основного состава не исчерпываются альтернативным решением вопроса о первично осадочной либо первично магматической природе амфиболитов и кристаллических сланцев. Проведенные геохимические исследования показывают, что процессы гипергенеза в протерозое протекали в фациально-климатических условиях, имеющих много общего с постдокембрийскими, что дает возможность их успешной расшифровки. Это, в свою очередь, позволяет подойти к выявлению специфики металлогении метаморфических комплексов, включающих параамфиболиты.





Яндекс.Метрика