25.03.2021

Седиментологический анализ и условия формирования метаморфизованных докембрийских отложений Центрального Казахстана и Южного Урала


Седиментологический анализ отложений докембрия проведен для крупных комплексов пород Улутавского и Кокчетавского массивов западной части Центрального Казахстана, Восточно-Мугоджарского и Сысертско-Ильменогорского мегантиклинориев Восточно-Уральского поднятия. В основу исследования положен метод расчета компонентного (нормативно-минерального) состава осадочных пород по данным силикатных анализов, предложенный О.М. Розеном. Полученные количественные соотношения нормативных обломочных минералов (кварца, полевых шпатов), глинистых и карбонатных компонентов, нанесенные на диаграмму "минеральный состав — содержание кремнезема'', характеризуют седиментационный ряд того или иного изучаемого комплекса. Использование трехкомпонентной диаграммы Ф. Петтиджона дает дополнительные данные о терригенной составляющей отложений.

В Улутавской докембрийской складчатой системе проанализированы породы порфироидной и кварцито-сланцевой серий, слагающих Майтюбинский и Улутауский антиклинории, и нижней, верхней железорудных серий, выполняющих Карсакпайский синклинорий. Наиболее древняя нижнерифейская порфироидная серия (2500 м видимой мощности) сложена порфироидами, образованными по липаритовым порфирам-риолитам и их туфам, и в меньшей мере кварцитами. Вулканогенно-осадочные породы представляют собой аркозы с вариациями в соотношениях кварца и полевых шпатов с большой ролью нормативного ортоклаза среди последних (рис. 1, А, а, б). Глинистые минералы не превышают 18%, и среди них преобладает нормативная гидрослюда, в подчиненном количестве присутствует каолинит. Такая ассоциация минералов свидетельствует о высокой зрелости осадков, сопровождающих серию кремнекислых калиевых вулканогенных пород, и о щелочно-глиноземистом типе выветривания в процессе осадкообразования.

Вышележащая кварцито-сланцевая серия отличается большим разнообразием пород. Она состоит из различных кварцито-сланцев, графитистых в основании разреза, кварц-полевошпат-слюдяных, хлорит-альбит-кварцевых и слюдяно-плагиоклазовых, пара- и ортоамфиболитов, местами кварц-тремолитовых и кварц-диопсидовых пород. Мощность серии — до 2000 м. В составе серии выявлено два фациальных ряда седиментации: 1) терригенный с большой ролью глинистых и обломочных нормативных полевых шпатов и кварца; 2) карбонатный с примесью кварца (рис. 1, Б, а, б). Фациальные ряды отражают особенности палеорельефа, характеризуя конседиментационное формирование антиклинориев Улутау. Минеральные ассоциации глин отвечают щелочно-глиноземистому и магнезиально-железистому нормативным типам.

Нижняя и верхняя железорудные серии Карсакпайского синклинория состоят из чередования порфиритоидов и порфироидов, кварц-хлоридных и кварц-серицитовых сланцев, железистых и безрудных кварцитов и кварцито-сланцев. Общая мощность серий — 6000—7000 м. Породы этого крупного средне-верхнерифейского комплекса составляют два принципиально разных седиментационных ряда и на диаграмме Ф. Петтиджона представлены двумя полями фигуративных точек (рис. 1, В, а, б). Седиментационный ряд существенно глинистых пород содержит до 50% щелочно-глиноземистых и железисто-магнезиальных нормативных глинистых минералов с большой ролью хлорита, тогда как в другом ряду существенно песчанистых отложений глинистые минералы не превышают 16% состава и представлены главным образом щелочно-глиноземистыми типами. Контрастность седиментационных рядов позволяет предполагать разные источники материала в процессе осадкообразования этих серий.

Сведения о разрезе Кокчетавского массива и анализ пересчетов слагающих его пород приведены по данным О.М. Розена. Наиболее древчие образования этого района представлены существенно терригенной зерендинской серией дорифейского возраста. Мощность — до 7000 м. Нижне-среднерифейские образования сложены контрастной серией основных и кислых вулканогенных пород в западной части района и последовательно дифференцированными вулканитами в восточной (ефимовская серия). Сопровождающие их вулканогенно-осадочные отложения, метаморфизованные в зеленосланцевой фации, состоят из различных сланцев и кварцито-сланцев (железистых, графитистых и карбонатных). Мощность серии — до 5000 м. Вышележащая воровская серия образована порфироидами с прослоями серицито-палевошпатово-кварцевых, хлорито-кварцевых, углистых сланцев, кварцитов и порфиритоидов. Завершает разрез докембрия никольско-бурлукская серия слабометаморфизованных основных эффузивных, кремнистых, обломочных и карбонатных отложений. Ее мощность — свыше 3000 м.

Зерендинская серия сложена главным образом сланцами и гнейсами (гранат-биотитовыми, гранат-мусковитовыми с силлиманитом, дистеном и кордиеритом), а также силикатными мраморами, пироксен-плагиоклазовыми породами, кварцитами и амфиболитами. Это — высокозрелые глинистые отложения с незначительным содержанием нормативных полевых шпатов (рис. 2, А, а, б). Во всех разностях установлен нормативный хлорит. Он преобладает над иллитом в породах с содержанием кремнезема менее 57% и находится в подчиненном количестве при более высоком содержании кремнезема. Породы представляли кварцевые песчанистые глины, карбонатно-кварцевые песчанистые глины и известняки. Незначительное количество в них обломочных полевых шпатов свидетельствует о большой зрелости процессов выветривания в области источника продуктов размыва и о слабом тектоническом расчленении рельефа.

На западном обрамлении Кокчетавского массива отложения ефимовской серии представляли зрелые кварцево-полевошпатовые пески и каолин-гётит-шамозитовые глины в ассоциации с известняками (рис. 2, А, а, б). Накопление этих отложений сопровождалось излияниями магнезиальных базальтов и риолитов. Восточнее Кокчетавского массива происходило образование пород последовательно дифференцированной известково-щелочной серии в ассоциации с вулканомиктовыми граувакками и магнезиально-хлоритовыми глинами (даутская свита ефимовской серии). Отложения этой серии представляют два контрастных седиментационных ряда: в первом преобладают глинистые и кварцево-полевошпатовые обломочные компоненты, во втором — глинистые и карбонатные. Полевошпатовые нормативные минералы играют незначительную роль.

Боровская серия представляет собой базальт-риолитовую бимодальную ассоциацию ("порфировую формацию"), сопровождаемую кварцевыми аренитами с титанорыми и цирконовыми россыпями, песчаными глинами с гётитом (рис. 2, В, а, б). Примесь вулканического материала отражена в появлении хлорита (f = 0,5) и полевых шпатов. Накопление пород серии происходило на континентальном пенеплене при глубоком выветривании фундамента.

В строении Восточно-Мугоджарского мегантиклинория участвуют амфиболитовая (улыталдыкская) свита, свита полевошпатовых гнейсов и сланцев (кандыкаринская) и пестросланцевая (берлинская) свита. Возраст всех трех свит, метаморфизованных до амфиболитовой фации в центральных частях структуры и в эпидот-альбит-амфиболитовой и зеленосланцевой краевых частях, условно принят как средне-верхнерифейский.

Свита амфиболитов, амфибол-плагиоклазовых и амфибол-биотитовых гнейсов с незначительным распространением графитистых биотитовых кварцито-гнейсов, мелких линз известняков и скарноидов залегает в основании разреза. Ее видимая мощность — 600—700 м. Помимо амфиболитов, представляющих метаморфизованные базальты, остальные типы пород по пересчетам силикатных анализов, заимствованных у А.А. Абдулина, слагают два принципиально различных седиментационных ряда, подобных отложениям Карсакпайского синклинория (рис. 3, А, а, б): ряд граувакк со значительным количеством глинистого материала отличается большим содержанием нормативного хлорита, а ряд аркозов содержит главным образом плагиоклазы и кварц.

Выше по разрезу залегает свита полевошпатовых гнейсов, составы которых соответствуют аркозам и кварцевым аркозам (рис. 3, Б, а, б). Среди обломочных компонентов, слагающих 45—95% пород, присутствуют нормативные кварц, плагиоклазы и ортоклаз, а среди глинистых наряду со щелочно-глиноземистой распространена и глиноземистая нормативная ассоциация. Содержание каолинита резко возрастает в своеобразных конгломератовидных горизонтах с кварц-силлиманитовыми стяжениями, отмечающими местные перерывы в осадкообразовании. Повсеместно в породах отмечен нормативный гётит,

Вышележащая пестросланцевая свита, породы которой метаморфизованы как в зеленосланцевой, так и в амфиболитовой фациях, представлена двуслюдяными и биотитовыми плагиогнейсами, иногда с гранатом, кианитом или ставролитом, или мелкозернистыми слюдяно-кварцевыми и графитистыми сланцами. Ее мощность — 500—600 м. Нормативно-минеральные составы пород пестросланцевой свиты настолько широко варьируют, что наблюдаются очень разные соотношения между основными породообразующими компонентами (рис. 3, В, в, б). Так, среди нормативно-глинистых минералов встречены как глиноземистые и щелочно-глиноземистые, так и железомагнезиальные компоненты. Среди обломочных минералов рассчитаны наряду с кварцем плагиоклаз и ортоклаз. Такие широкие вариации в составах согласуются с ранее высказанным предположением об олистостромовой природе толщи, содержащей бескорневые тела антофиллитизированных гипербазитов.

В пределах докембрийского Сысертско-Илыиеногорского мегантиклинория известен дорифейский комплекс пород: селянкинская свита, представленная гранато-биотитовыми плагиогнейсами, часто с силлиманитом и графитом, чередующимися с амфиболитами и пироксен-плагиоклазовыми сланцами, включающими линзы кальцифиров. Верхний возрастной предел для нее — данные о метаморфизме пород с возрастом 1,85 млрд. лет. Вышележащая часть разреза (фирсовская, ильменогорская и заозерная свиты) условно отнесена к рифею и может быть сопоставлена с разрезом Восточно-Мугоджарского антиклинория.

При пересчете анализов пород селянкинской свиты (по данным Г.Г. Домниковского) на нормативно-минеральные компоненты получены характеристики, отвечающие слабоглинистым грауваккам и плагиоаркозам (рис. 4, А, а, б), Среди глинистых минералов преобладает гидрослюда, однако с уменьшением в породах нормативного кварца появляются монтмориллонит и хлорит. Почти во всех типах пород отмечены такие магнезиальные и железистые минералы, как серпентин и гётит, характеризующие распространение достаточно основных компонентов пород в области размыва. Значительная фенитизация пород фирсовской свиты не позволила проанализировать первичный состав этих отложений.

Вышележащая ильменогорская свита сложена амфиболитами (первично-толеитовыми базальтами), а также гранат-биотитовыми и графит-гранат-биотитовыми плагио-гнейсами. Для них, по анализам Г.Г. Домниковского и Ю.Д. Панкова, так же как и для пород железорудных серий Карсакпайского синклинория и амфиболитовой свиты Восточно-Мугоджарского антиклинория, установлено два ряда седиментации. Первый представлен граувакками, состав которых варьирует от существенно плагиоклазового до кварцевого (рис. 4, Б, а, б), с большой долей нормативного хлорита. Второй ряд представлен аркозами, в составе которых глинистые минералы резко подчинены, но представляют все возможные типы нормативных минералов. Им часто сопутствует гётит.

В результате седиментологического анализа отложений докембрия Южного Урала и Центрального Казахстана установлены следующие типы первичных пород: песчаники, глины и известняки. Этот вывод не представлял бы интереса, если нельзя было бы проанализировать количественно вариации составов отложений, которые обеспечили все разнообразие метаморфических парапород разрезов.

Следует подчеркнуть, что, рассматривая группу песчаников, можно ожидать, что в отложениях находились и алевролиты того же состава и это не влияет на результаты интерпретации. В дальнейшем возможное присутствие алевролитов не упоминается для краткости изложения. Обломки пород, участвующие в отложениях типа аркозов и граувакк, в использованном расчете рассматриваются как дезинтегрированные кварцевый и полевошпатовый обломочные компоненты. Темноцветная часть возможных обломков при расчете обнаруживается в составе железо-магнезиальных глинистых компонентов.

Полученные в результате расчетов нормативные песчаники представляют характерный тип отложений с большой ролью обломочных компонентов — до 80%. В них значительно варьируют соотношения кварца и полевых шпатов, и среди последних характерно присутствие нормативного ортоклаза (15—38%). В глинистой составляющей возможно нахождение гидрослюды (иллита) и каолинита, а также рассчитан нормативный гётит. Они слагают до 20% отложений. Карбонатные и железо-магнезиальные глинистые нормативные минералы практически отсутствуют. Вариации от полевошпатовых аркозов до кварцевых аркозов не противоречат объединению отложений в единый тип гётит-каолинитсодержащих песчаников, почти без глинистой примеси (аренитов). Такой тип отложений удается реконструировать в результате пересчета анализов порфироидной серии Улутау, полевошпатовых кварцитов и аплитовидных гнейсов Мугоджар, частично кварцитов кокчетавской серии Кокчетава (рис. 5, а).

Другая группа нормативных песчаников отличается иным составом возможных второстепенных минералов. В них рассчитаны наряду со щелочно-глиноземистой гидрослюдой (иллитом) железо-магнезиальный компонент (хлорит) и карбонатные минералы, в сумме слагающие до 20—25%. В обломочной составляющей резко преобладает плагиоклаз, расчетное содержание которого достигает 55%, и почти не устанавливается нормативного ортоклаза. Этот тип аренитов, содержащих в обломках преимущественно плагиоклаз (плагиоаркозов), получен путем пересчетов анализов мезократовых и лейкократовых плагиогнейсов из разрезов железорудных серий Улутау, ильменгорской свиты Урала и амфиболитовой свиты Мугоджар.

Большие содержания глинистой составляющей и иные нормативные второстепенные минералы отличают глинистые песчаники. В них рассчитано до 40% глинистой составляющей (гидрослюды, хлорита, иногда монтмориллонита) и до 10% карбонатных минералов. В обломочной составляющей почти не рассчитывается ортоклаз, а кварц и плагиоклаз заметно варьируют в количественном отношении. Этот тип отложений по современным представлениям соответствует смешанным песчано-глинистым отложениям (ваккам) и при преимущественно плагиоклазовом составе обломков и значительной доле хлорита в матриксе этих или сопровождающих их глинистых пород следует относить к грауваккам, а при обогащении кварцем — к субграуваккам. Такое понимание термина "граувакка" соответствует генотипу (Верхний Гарц, ФРГ) и для большинства случаев не противоречит представлению о граувакках как о литокластитах. Вопрос возможности использования пересчета литокластитов рассмотрен ранее. Отложения типа граувакк и субграувакк широко распространены не только в отмеченных выше разрезах, но и в кварцито-сланцевой серии Улутау, селянкинской свите Урала и пестросланцевой свите Мугоджар в виде слюдяно-плагиоклазовых, хлорито-слюдяно-плагиоклазовых сланцах и биотитовых плагиогнейсов.

Особую группу представляют глинисто-карбонатные песчаники — карбонатные граувакки с содержанием нормативных карбонатных минералов до 25—30% и такого же количества глин (хлорита и гидрослюды). Они получены при расчете анализов параамфиболитов, известных в разрезах кварцито-сланцевой серии Улутау.

Достаточно широко распространены в разрезах нормативные песчанистые глины, различающиеся по преимущественному содержанию расчетного полевого шпата или кварца в обломочной составляющей, не превышающей в целом 20%. Песчанистые глины с полевым шпатом содержат до 55% нормативных щелочно-глиноземистых и железо-магнезиальных минералов и некоторое количество карбонатов. Такого типа породы также следует относить к ваккам и целесообразно выделить в качестве граувакковых пелитов в случае обогащения их обломочным полевошпатовым материалом и субграувакковых пелитов в случае обогащения кварцем. Последний тип отложений особенно характерен для разрезов Кокчетавского массива и встречается в зерендинской и воровской сериях в виде слюдяно-кварцевых и слюдяно-хлорито-кварцевых сланцев. В этом типе обычно нормативные щелочно-глиноземистые минералы преобладают над железо-магнезиальными, тогда как в граувакковых пелитах большую роль играют железо-магнезиальные компоненты,

Карбонатные породы в исследованных разрезах распространены слабо. Максимальное развитие их установлено в селянкинской свите Урала (до 10%). В незначительном количестве карбонатные породы известны и в разрезах Кокчетавского массива; маломощные линзы мраморов встречены в Мугоджарах. В кварцито-сланцевой серии Улутау кварцево-диопсидовые и кварцево-тремолитовые породы в результате пересчетов по принятой методике соответствуют песчанистым известнякам с примесью полевого шпата и глин, не превышающих 25%, содержание кварца — 12—40%.

Выделенные в результате проведенного анализа типы отложений слагают закономерные породные ассоциации (рис. 5). Гётит-каолинитсодержащие арениты сопутствуют кислым вулканитам в порфировых формациях. Существенно полевошпатовые их разности, очевидно, представляли туфогенные образования, тогда как более зрелые отложения приближались к мономинеральным кварцевым аренитам. Заметная роль каолинита и гётита в этих отложениях свидетельствует о глубоком выветривании в условиях слабой тектонической активности во время формирования порфироидной серии Улутау и кандыкаринской свиты Мугоджар (рис. 5,э).

Следующая группа песчаных отложении — плагиоаркозы — участвует в строении разрезов в ассоциации с основными вулканитами, граувакками и граувакковыми пелитами в терригенно-базальтовых формациях. Несмотря на такое сонахождение, плагиоаркозы представляют собой обособленный седиментационный ряд, отличающийся большим содержанием обломочных компонентов в результате выветривания пород типа плагиогнейсов. Наряду с этим граувакки и граувакковые пелиты характеризуются иным компонентным составом (с большой долей глинистых и среди них железо-магнезиальных минералов) и, очевидно, представляли ранее вулканомиктовые отложения (рис. 5, б) . Как отмечают Ф. Петтиджон с соавторами, присутствие граувакк указывает на особую палеотектоническую обстановку: они обычно бывают приурочены к геосинклинальным областям и часто представляют собой морские турбидиты. Контрастные седиментационные ряды отражают разные источники поступления материала в бассейн осадконакопления: терригенного — с бортов прогибов и вулканомиктового — в связи с базальтовым вулканизмом прогиба, а малая степень зрелости отложений и сравнительно малое количество кварца свидетельствуют об активном тектоническом режиме. Эти породные ассоциации, распространенные в разрезах железорудных серий Улутау, ульталдыкской свиты Мугоджар и ильменогорской свиты Урала, позволяют предполагать рифтогенную природу прогибов с большой тектонической активностью и вулканизмом и с аллохтонным и автохтонным источниками поступления материала.

Третья характерная ассоциация — граувакки, граувакковые пелиты и карбонатсодержащие отложения — отличается большим содержанием кварца в обломочных компонентах и меньшей ролью железо-магнезиальных глинистых минералов (рис. 5, в). На примере кварцито-сланцевой серии Улутау ранее было рассмотрено, что ассоциация граувакк и граувакковых пелитов закономерно связана с отрицательными тектоническими формами, тогда как отложение карбонатсодержащих граувакк — с положительными структурами и, таким образом, отражает конседиментационное формирование структур в условиях, близких к шельфовым или краевым и внутренним морям. Ассоциация граувакк с карбонатными породами характерна также для селянкинской свиты. Незначительной ролью карбонатов, но большим разнообразием составов терригенных отложений отличается разрез пестросвинцовой свиты Мугоджар. В едином седиментационном ряду обнаруживаются арениты, граувакки и глинистые граувакки. Такая пестрота состава разреза сопутствует бескорневым телам антофиллит-асбеста и вполне соответствует возможной олистостромовой природе толщи.

Таким образом, эта группа существенно терригенных отложений с подчиненной ролью карбонатов, относительно слабым распространением железо магнезиальных компонентов, по-видимому, формировалась в условиях шельфа, внутренних и краевых морей, в достаточно активных тектонических условиях при малой роли вулканических процессов.

Наконец, очень специфичны ассоциации субграувакк и субграувакковых пелитов, отличающиеся большой ролью кварца в обломочной составляющей и такой же ролью глинистых щелочно-глиноземистых компонентов с подчиненным распространением карбонатов (рис. 5, г). Большая степень зрелости отложений свидетельствует о малой тектонической активности и малой расчлененности палеорельефа и относительной стабильности такой структуры, как Кокчетавский массив, во время формирования зерендинской и боровской серий.

Таким образом, седиментологический анализ метаморфизованных отложений позволяет не только представить возможные соотношения обломочных, глинистых и карбонатных компонентов в первичных отложениях, но на основе особенностей минерального состава и степени зрелости осадков высказать предположения о типе и тектонической активности структур. Полученные результаты хорошо согласуются с известными геологическими данными по изученным районам.





Яндекс.Метрика