Ксенолиты метаморфитов из щелочных вулканитов уваровичей (Припятский прогиб): минералого-геохимические особенности и p-t условия образования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ксенолиты метаморфитов из щелочных вулканитов уваровичей (Припятский прогиб): минералого-геохимические особенности и p-t условия образования

Г.Д. Волкова, Е.В. Юткина, А.А. Носова, Л.В. Сазонова, А.Г. Лапцевич, О.Ф. Кузьменкова

Аннотация

Новые петрографо-минералогические и геохимические данные для ксенолитов метаморфических пород из фундамента юго-восточной части Беларуси (Брагинский гранулитовый массив) дополняют сведения о составе фундамента и указывают на различие протолитов гнейсов из Уваровичской и Гусевицкой скважин. Породы показывают различные P-T условия метаморфизма, что свидетельствует о гетерогенности фундамента БГМ.

Ключевые слова: нижнекоровые ксенолиты, Припятский прогиб, щелочные вулканиты, метаморфизм, кристаллический фундамент, Брагинский гранулитовый массив, полевошпатовый геотермометр, биотит-гранатовый геотермометр, Припятско-Днепрово-Донецкая рифтовая зона

Abstract

New petrographic, mineralogical and geochemical data for xenoliths of metamorphic rocks from the basement of the southeastern part of Belarus (the Bragin granulite massif) supplement the information on the basement composition and indicate a difference in gneisses protoliths from the Uvarovichi and Gusevitsk boreholes. The rocks show different P-T metamorphism conditions, which indicates the heterogeneity of the BGM basement.

Keywords: lower crustal xenoliths, Pripyat trough, alkaline volcanic rocks, metamorphism, crystalline basement, Bragin granulite massif, Fsp-geothermometer, Bt-Grt geothermometer, Pripyat-Dnieper-Donets rift zone.

Введение

Припятско-Днепрово-Донецкая рифтовая зона (ПДДР) является примером типичного континентального рифта. Это одна из крупнейших рифтовых структур Восточно-Европейской платформы, расположенная в ее южной части и протягивающаяся на более чем 1000 км от Донбасса до Жлобинской седловины. Припятский сегмент ПДДР включает в себя Жлобинскую седловину, Северо-Припятское плечо (куда относится Уваровичское поле щелочных вулканитов) и собственно Припятский прогиб, в который включен Припятский грабен. Подстилающими структурами фундамента для этих зон, согласно [1, 2], в пределах Жлобинской седловины являются Осницко-Микашевичский вулканический пояс (ОМВП), а далее на восток - Брагинский гранулитовый массив (БГМ), на котором расположено поле вулканитов Уваровичей. И если ОМВП петрологически изучен относительно подробно, то по БГМ сведения о вещественном составе довольно скудны.

Нами исследованы три нижнекоровых ксенолита метаморфических пород (обр. 15Bl-50д/630, 15Bl-50д/360, 15Bl-53д/451) из щелочных пикритов Уваровичей. Отметим, что ранее в работе [3] были опубликованы результаты минералого-геохимического и изотопного изучения ксенолитов коровых пород из щелочных ультрамафитов трубок взрыва Жлобинского поля, представленных амфиболитами, горнблендитами и гранулитами, в том числе гранатовыми. И на сегодняшний день это едва ли не единственные изотопно-геохимические данные по нижней коре Припятского сегмента ПДДР, но именно для ОМВП. Полученные же нами результаты - это новые данные для пород кристаллического фундамента запада Восточно-Европейской платформы (ВЕП), причем для его слабо изученного блока - БГМ [2], которые вносят определенный вклад в решение задач реконструкции раннедокембрийской геологической истории ВЕП.

1. Методы исследования

Состав минералов определяли в Лаборатории анализа минерального вещества ИГЕМ РАН на электронно-зондовом микроанализаторе JXA-8200 фирмы Jeol и в лаборатории локальных методов исследования вещества Геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, на растровом (сканирующем) электронном микроскопе (РЭМ) Jeol JSM-6480LV с энергодисперсионным анализатором INCA-Energy 350.

Содержания главных компонентов пород определяли методом рентгенофлуоресцентного анализа (РФА) в ИГЕМ РАН на спектрометре PW-2400 производства компании Philips Analytical B.V.

Малые и редкие элементы определяли методом индуктивно-связанной плазмы с масс-спектрометрическим окончанием анализа (ICP-MS) в ИПТМ РАН. Разложение образцов пород проводили путем кислотного вскрытия в автоклаве.

2. Петрография и составы минералов

Изученные нами образцы ксенолитов представляют собой полевошпатовые биотит-гранатовые гнейсы.

Образцы 15Bl-50д/630 и 15Bl-50д/360 отобраны из скв. Уваровичская с интервалов 630 и 360 м, обр. 15Bl-53д/451 отобран из скв. Гусевицкая с интервала 451 м. Породы характеризуются массивной текстурой, содержат многочисленные порфиробласты граната с пойкилитовыми включениями различных минералов (рис. 1, 2). В первых двух образцах структура матрикса лепидогранобластовая мелко-среднезернистая, в то время как ксенолит из Гусевицкой имеет гетеробластовый мелко-средне-крупнозернистый лепидогранобластовый матрикс. В минеральном составе ксенолитов отличия, в первую очередь, касаются соотношения щелочного полевого шпата и плагиоклаза в модальном составе породы: 50 % и 15 % для образцов из скв. Уваровичская и 20% и 40% для обр. из Гусевицкой. Также в породах присутствуют биотит (до 20%), гранат (20-25 %), второстепенные минералы - кварц, рутил и графит (углистое вещество), акцессорные - циркон, апатит, монацит, в обр. 15Bl-53д/451 ильменит, вторичные: хлорит, кальцит, доломит и пирит. Отличительными особенностями гнейса из Гусевицкой являются отсутствие кварца, рутила и углистого вещества.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Гранат образует порфиробласты размером от 0.5 до 8 мм, а также встречается в виде мелких включений в полевых шпатах. Гранат в гнейсах скв. Уваровичская имеет пироп-альмандиновый состав, и также содержит до 0,1 мас. % Cr2O3, а гранат в гнейсах Гусевицкой скважины имеет альмандиновый состав с примесями гроссулярового и спессартинового миналов (табл. 1, рис. 3).

Таблица 1

Представительные анализы гранатов (мас. %)

Полевые шпаты (табл. 2, рис. 4) слагают матрикс ксенолитов, а также встречаются во включениях в гранатах. Они представлены изометричными и слабо вытянутыми полигональными зёрнами размером до 2 мм, а также ксеноморфными зёрнами размером до 0,8 мм. Плагиоклазы полисинтетически сдвойникованы и часто обрастают каймой из Kfs. Полевые шпаты часто имеют структуры распада, и состоят из минерала-хозяина (щелочной полевой шпат) и линзовидных пертитов плагиоклаза, ориентированных в одном направлении. Щелочной полевой шпат также образует самостоятельные зерна и встречен также во включениях в гранате. Также во включениях в гранате обнаружен чистый Kfs. В единичных зёрнах плагиоклаза присутствуют редкие антипертиты (содержат до 9% альбита).

Слюда представляет собой разнообразно ориентированные гипидиоморфные и идиоморфные длинночешуйчатые кристаллы размером до 2,5 мм. В гнейсах скв. Гусевицкая (обр. 15Bl-53д/451) зерна слюды более крупные, размером до 5 мм, частично хлоритизированные со включениями полевых шпатов, циркона, ильменита и апатита. Некоторые кристаллы биотита дугообразно изогнуты. В основном они встречаются в скоплениях, обрамляющих порфиробласты граната, но также присутствуют одиночные кристаллы биотита среди полевошпатового матрикса. Также в трещинах спайности часто встречаются выделения пирита. Составы слюд даны в табл. 3 и на рис. 5. Заметим, что слюды гнейсов скв. Гусевицкая более железистые и по составу соответствуют mg-биотиту, в отличие от гнейсов скв. Уваровичская, составы которых на диаграмме (рис. 5) попадают в поле флогопита.

Округлые зерна рутила образуют срастания со слюдой или присутствуют в матриксе породы в виде самостоятельных зерен. Кварц образует включения в гранатах и полевых шпатах, червеобразные выделения на краю зёрен биотита, встречается в обрамлении порфиробластов граната, а также в прожилках и трещинах в породе.

Таблица 2

Представительные анализы полевых шпатов (мас. %)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таблица 3

Представительные анализы слюд (мас. %)

Цирконы в гнейсах из скв. Уваровичская имеют габитус, типичный для гранулитовых цирконов, часто содержат ядра (рис. 6а), тогда как цирконы из гнейсов скв. Гусевицкой имеют идиоморфный габитус и тонкую осцилляторную зональность, что типично для магматических цирконов (рис. 6б). Углистое вещество (графит) распределено в матриксе Уваровичских пород в виде удлиненных слабоизогнутых выделений черного цвета размером до 2 мм в длину.

3. Химический состав пород

Химические составы изученных пород приведены в табл. 4. Они имеют базитовый состав и характеризуются высоким содержанием глинозема и калия.

Таблица 4

Химические составы гнейсов из ксенолитов (мас. %)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Гнейсы обогащены несовместимыми элементами (рис. 7, 8), имеют положительные аномалии Rb, Ba, K, Pb и Nb-Ta, P, Ti минимумы. Геохимический облик гнейсов Уваровичской и Гусевицкой скв. различен (рис. 7, 8). Распределение РЗЭ для гнейсов Гусевицкой скв. характеризуется хорошо выраженной отрицательной Eu аномалией (рис. 7), кроме того, на спайдере выражен Sr минимум (рис. 8), что может указывать на из ортоприроду.

Размещено на http://www.allbest.ru/

4. P-T условия образования

Для оценки температур уравновешивания различных минералов в гнейсах использовались полевошпатовый и биотит-гранатовый геотермометры. Определение возможных условий образования полевых шпатов, а также их распада, проводилось с использованием программы SolvCalc 2.0 и термодинамических моделей Elkins & Grove [5] и Fuhrman & Lindsley [6] (табл. 5). Определение возможных температур образования сосуществующих гранатов и слюд проводилось по программе TWQ v. 2.32 (dec. 2006) на основе термодинамической базы данных Berman & Aranovich [7]. Полученные по этим термометрам оценки показали неплохую сходимость: полевые шпаты в Уваровичских гнейсах уравновешивались при 860-940єС, распад твердого полевошпатового раствора происходил при 847-893єС; Grt-Bt равновесие достигалось при 842-888єС, давление по аналогии с гранулитами БПГП было принято, как 7.5-8.5 кбар [8]. Для гнейсов из Гусевицкой скважины Grt-Bt геотермометр показал Т = 575-628єС, а Т распада твердого полевошпатового раствора соответствуют 510-576 єС.

С учетом полученных ранее [8] данных по гранулитам центральной части БПГП, который простирается в северо-западной части фундамента Беларуси, и интерпретируя их на изученные гнейсы БГМ, можно предполагать, что температуры порядка 700-950єС (полученные для образцов скв. Уваровичская) соответствуют этапу прогрессивного метаморфизма, выделяемому для БПГП. Данные по температуре образования гнейса скв. Гусевицкая, учитывая, что петрографические и минералогические признаки регрессивного метаморфизма в породе отсутствуют, указывают на то, что ее метаморфизм протекал в существенно иных Р-Т условиях.

5. Заключение

Таким образом, полученные новые петрографо-минералогические и геохимические данные для трех ксенолитов метаморфических пород из фундамента юго-восточной части Беларуси (Брагинский гранулитовый массив) позволили дополнить представления о составе фундамента БГМ. Минералогические, петрографические и геохимические данные указывают на различие протолитов гнейсов из Уваровичской и Гусевицкой скважин. Наличие углистого вещества, цирконов с унаследованными ядрами, повышенное содержание глинозема в породе и хрома в гранатах могут служить указанием на осадочный протолит этих гнейсов. Напротив, присутствие цирконов магматического облика, повышенная доля гроссулярового минала в гранатах, геохимические особенности, в том числе наличие отрицательной аномалии Eu указывает на магматический протолит. Кроме того, породы показывают различные условия метаморфизма по температуре и, вероятно, по давлению. Полученные данные указывают на гетерогенность фундамента БГМ.

фундамент метаморфизм гнейс скважина

Библиографический список

1. Петрография и геохимия кристаллического фундамента Беларуси / Н. В. Аксаментова, А. А. Толкачикова. - Минск, 2012. - 232 с.

2. геология беларуси / A. C. Махнач, Р. Г. Гарецкий, А. В. Матвеев и др. - Минск: Институт геологических наук НАН Беларуси, 2001. - 815 с.

3. Markwick A. J. W. The lower crust of SE Belarus: petrological, geophysical and geochemical constraints from xenoliths / A. J. W. Markwick, H. Downes, N. Veretennikov // Tectonophysics. - 2001. - V. 39. - № 1-2. - P. 215-237.

4. Sun S.-s., McDonough W. F. Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: implications for mantle composition and processes/ S.-s. Sun, W. F. McDonough; eds. A. D. Saunders, M. J. Norry // Magmatism in the Ocean Basins. Geological Society Special Publication. Oxford. - 1989. - No. 42. - P. 313-345.

5. Elkins, L. T., & Grove, T. L. Ternary feldspar experiments and thermodynamic models // American Mineralogist.-1990.-V. 75.-№5-6.-P. 544-559.

6. Fuhrman, M.L. and Lindsley, D.H. Ternary-feldspar modeling and thermometry // American Mineralogist.-1988.-V. 73.-P. 201-215.

7. Berman, R.G., and Aranovich, L.Y. Optimized standard state and mixing properties of minerals: I. Model calibration for olivine, orthopyroxene, cordierite, garnet, and ilmenite in the system FeO-MgO-CaOAl2O3-SiO2-TiO2 // Contributions to Mineralogy and Petrology.-1996.-V. 126.-P. 1-24.

8. Таран Л.Н., Богданова С.В. Зональные гранаты из метаосадочных гранулитов центральной части Белорусско-Прибалтийского гранулитового пояса // Литосфера. - 2000.- №12.- С. 62-68.

Размещено на Allbest.ru