О южном ограничении Камчатских структур. Строение Ганальского высокометаморфического террейна

Автор: Алексей Федорчук
Примерно 1996 г.

Статья написана по результатам полевых рабт 1992 года, результаты которых я так до конца и не обработал. Вот всё, что от них осталось.

Введение

Метаморфические образования, представленные зелеными и голубыми сланцами, амфиболитами, изредка эклогитами, повсеместно, хотя и в небольшом объеме, распространены в аккреционных поясах обрамления Тихого океана. Обычно предполагается, что они представляют собой фрагменты субдуцированных плит, метаморфизованные в условиях надсубдукционного литосферного клина. Наряду ними иногда отмечаются высокометаморфизованные комплексы, сложенные гранулитами, эндербитами, амфиболитами, гнейсами и мигматитами, часто обнаруживающими сходство с образованиями глубокого докембрия. Примером этого являются кристаллические массивы Камчатки — Срединный, Ганальский и Тклеваямский (рис. 1). Они рассматривались либо как докембрийский фундамент Камчатской островной дуги позднемелового возраста [ Марков, 1976; Герман, 1978], либо как аккретированные древние террейны или микроконтиненты [Зоненшайн, Савостин, 1982]. Однако уже первыми их исследователями [Лебедев, 1967] было высказано мнение о позднемеловом возрасте метаморфических пород Камчатки, что в последнее время получило геологическое [Рихтер, 1991] и геохронологическое [Виноградов и др., 19??] подтверждение.

Рис. 1. Тектоническое районирование Камчатки

Для Тклеваямского метаморфического массива данные цифровой картографии в сочетании с собственно геологическими наблюдениями, как я пытался показать в одной из предыдущих работ, свидетельствуют в пользу его приуроченности к шовной зоне, разделяющей Корякские и Камчатские структуры. Поскольку Ганальский метаморфический массив пространственно расположен в пределах Петропавловско-Малкинской зоны поперечных дислокаций, напрашивается предположение о его связи с аналогичной шовной зоной разделяющей структуры Камчатские и Курильские.

Автор настоящей работы проводил в 1992 г. детальное полевое изучение высокометаморфизованных образований Ганальского массива Камчатки. Их результаты в сочетании с материалами цифровой картографии позволяют наметить пути решения проблемы структурной приуроченности метаморфических образований Камчатки.

Геологическое положение

Ганальский кристаллический массив, охватывающий территорию одноименного хребта, входит в аккреционную систему Восточных хребтов Камчатки. Она образована позднемеловыми и палеогеновыми фрагментами кремнисто-вулканогенного, вулканокластического и терригенного состава, имеющими островодужное, реже — океаническое происхождение; амальгамация этих фрагментов проходила на протяжении позднего эоцена-раннего миоцена [Федорчук, 1990; Цуканов, 1991; Зинкевич и др., 1995].

Ганальский кристаллический массив образует южное окончание аккреционного пояса Восточно-Камчатских хребтов (см. рис. 1). На севере он полями неоген-четвертичных вулканитов отделяется от позднемеловых-палеогеновых образований Валагинского хребта, а на юге по Петропавловско-Малкинской зоне деформаций граничит с Южно-Камчатской вулканической зоной кайнозойского возраста.

Ганальский кристаллический массив сложен преимущественно разнообразными по составу метаморфизованными (от гранулитовой до зеленосланцевой фации) породами; неметаморфизованные образования развиты в подчиненном количестве и датируются позднемеловым-неогеновым временем. Метаморфизованные породы ранее [ Герман, 1978; Очерки тектонического развития Камчатки, 1987] объединялись в стратиграфическую последовательность, характеризующуюся убыванием степени метаморфизма вверх по разрезу. Однако исследования последних лет [Лучицкая, Рихтер, 1990] показали, что породы различной степени метаморфизма слагают два ограниченных разломами тектонических блока — Стеновой на севере и Вахталкинский на юге (рис. 2). Первый образован преимущественно породами зеленосланцевой, до глаукофановой, фации метаморфизма, тогда как в составе второго преобладают породы амфиболитовой фации при подчиненном количестве зеленых сланцев и неметаморфизованных образований. Оба блока характеризуются покровно-чешуйчатой структурой, образованной надвигами, падающими в юго-западном, южном и юго-восточном направлении. Структура Ганальского массива запечатывается слабо деформированными вулканитами неогенового возраста и прорывается комагматичными последним посттектоническими гранитоидами.

Рис. 2. Схема Вахталкинского террейна

Образования Стенового блока, как было показано (Зинкевич и др., 1995), представляют собой метморфизованные аналоги позднемеловых вулканогенно-обломочных и кремнисто-вулканогенных комплексов Восточных хребтов Камчатки и, следовталеьно, должны включаться в состав Восточно-Камчтаского террейна. Как элемент структуры шовной зоны, следовательно, могут выступать только высокометморфизованные комплексы Вахталкинского блока.

Строение высокометаморфизованных комплексов

Высокометаморфизованные обюразования слагают большую часть Вахталкинского блока. На северо-востоке они по зоне деформаций северо-западного простирания граничат с породами Стенового блока, а с юго-востока по пологому (10-30o) надвигу тектонически перекрываются зеленосланцевыми аповулканитами, черными сланцами и филлитами; с запада на него круто (около 70o) надвинуты зеленосланцевые, позднемеловые вулканокластические, палеогеновые терригенные и ранненеогеновые вулканогенные породы (см. рис. 2).

В составе высокометаморфизованные образований выделяется четыре различные по составу комплекса, слагающие самостоятельные тектонические пластины (гипсометрически снизу вверх): а)амфиболитовый, б)гранито-гнейсовый, в)метагабброидный и г)гранулитовый.

Амфиболитовый комплекс

обнажающийся в на правобережье р. Правая Авача, слагает видимое основание структурного разреза комплекса. Он сложен почти исключительно мафическими амфибол-плагиоклазовыми породами с тонкополосчатой текстурой, общей мощностью несколько сот метров. Они содержат маломощные (от нескольких сантиметров до первых метров) конкрдантные тела и дайки плагиогранитов. Гипсометрически нижние части пластины интрудированы плагиогранито-гнейсами и подвергнуты неравномерной мигматизации.

В структуре амфиболитовой пластины по залеганиям метаморфической полосчатости устанавливается антиформная складка субмеридионального простирания с крутым (до 70o) западным крылом и более пологим (30-50o) — восточным. Серией относительно пологих (до 50-60o) разломов юго-западного падения она разбита на отдельные чешуи, можность которых не превышает первых сот метров. Разломы фиксируются зонами интенсивного рассланцевания и диафтореза шириной до 20-30 м, внутри которых присутствуют блоки ультрамафитов и эклогитов, размером от нескольких десятков сантиметров до 3-5 м. Вне разломных зон в амфиболитах устанавливается субпараллельный им кливаж, секущий по отношению к метаморфической полосчатости; ориентировка его совпадает с таковой метаморфических текстур в гранито-гнейсах и мигматитах.

Сланцево-гнейсовый комплекс

развит преимущественно на правобережье р. Правой Авачи, где он тектонически налегает на амфиболитовую пластину по надвигу, полого (20-40о) погружающемуся в юго-западном направлениии; он устанавливается также в бассейнах рек Вактан Ганальский и Вактан Малкинский. Комплекс сложен метаморфизованными стратифицированными образованиями общей мощностью от первых десятков (р. Вактан Ганальский) до нескольких сот (р. Правая Авача) метров. Нижняя их часть представлена чередующимися мафическими биотит-амфиболовыми и салическими крварц-серицитовыми сланцами при подчиненном количестве метасилицитов. В верхней части развиты относительно слабо метаморфизованные терригенные породы, сохранившие реликты градационных текстур.

Стратифицированные образования интрудированы крупными (диаметром до нескольких километров) телами гранито-гнейсов, обрамленными полями мигматитов, переходящих в гнейсы, шириной до нескольких сот метров. Кроме того, как кристаллические сланцы, так и гнейсовидные граниты интрудированы телами массивных биотит-амфибол-калишпатовых гранитов.

Структура сланцево-гнейсовой пластины характеризуется мелкой изоклинальной складчатостью, переходящей в плойчатость. Преобладают юго-западные падения плоскостных текстур, субпараллельно которым широко развит кливаж осевой плоскости; ориентировка его совпадает с кливажем в амфиболитовой пластине. Контакт между амфиболитовой и сланцево-гнейсовой пластинами представляет собой тектонизированную зону мощностью 10-50 м, сложенную сильно деформированными (катаклаз, рассланцевание) породами висячего крыла. Они содержат многочисленные включения амфиболитов и ультрамафитов, изредка — эклогитов. Иногда контакт залечивается конформными его залеганию телами гнейсовидных гранитов, мощностью до 5-10 м.

Метагабброидный комплекс

сохранился в центральной части района, в водораздельной части Ганальского хребта, где он тектонически перекрывает сланцево-гнейсовый комплекс. Кроме того, дезинтегрированные его фрагменты отмечаются в истоках р. Вактан Ганальский .

Метагабброидный комплекс сложен главным образом флазерными габбро и габбро-норитами. Они почти повсеместно интрудированы гранито-гнейсами и массивными гранитоидами. На контакте с ними развиты зоны, шириной часто во многие сотни метров, сложенные полосчатыми амфиболовыми габбро и горнблендитами.

В структурном отношении метагабброидная пластина слагает крупную асимметричную синформную складку север-северо-западной ориентировки, отделенную от подстилающей сланцево-генйсовой пластины на востоке относительно пологими (30-50o), а на западе — более крутыми (60-80o) надвигами, падающими к ее центру. Флазерные габбро чрезвычайно сильно деформированы и характеризуются мелкой складчатостью, но в целом ориентировка их текстур совпадает с залеганием нижнего контакта пластины. Эти деформации не совпадают по оринетировке с таковыми в интрудирующих пластину гранитоидах и амфиболовых габбро.

Гранулитовый комплекс

в виде небольшого фрагмента, мощностью до 100-200 м, сохранился в истоках р. Вактан Ганальский Левый. Он тектонически налегает на породы сланцево-гнейсовой пластины; вдоль нижнего ее контакта прослеживается перрывистая цепочка тектонических блоков (размером от петрвых метров до 30-50 м), сложенных флазерными габбро, аналогичными породам метагабброидной пластины; здесь же отмечаются единичные мелкие (до нескольких десятков сантиметров) включения эклогитов и метаультрамафитов, тяготеющие, скорее, к гранулитовому комплексу.

Гранулитовый комплекс сложен преимущественно мафическими породами — пироксеновыми кристаллическими сланцами, средне- и крупнозернистыми, неявно-полосчатыми, иногда массивными. В подчиненном количестве представлены фельзические породы, слагающие серию конформных тел мощнсотью до первых десятков метров, локализованных близ видимого основания пластины. Они представлены средне- и грубозернистыми гранито-гнейсами, часто кордиерит- или гранат-содержащими. В верхних частях этих тел присутствуют многочисленные ксенолитоподобные обособления мафических гранулитов, а их экзоконтактные зоны сложены полосчатыми амфибол-плагиоклазовыми породами и массивными горнблендитами, содержащими тонкие инъекции гранито-гнейсового материала.

Гранулитовая пластина многочисленными разломами разбита на серию тектонических пластин, падающих в юго-западных румбах. Вблизи разломов гранулиты подвергнуты интенсиному диафторезу, переходя в амфиболиты и зеленые сланцы.

Таким образом, в составе Вахталкинского блока устанавливается четыре различных в вещественном отношении ассоциации, условия просихождения которых могут быть оценены исходя из предварительных петрогеохимических данных для входящих в их состав метамагматических (главным образом метабазитовых) пород.

Петрохимия и геохимия метабазитов

Метабазиты охарактеризованы 14 анализами, включающими определения петрогенных окислов, редких и редкоземельных элементов, выполненные в лаборатории Геологического института РАН.

Амфиболитовый комплекс

Породы амфиболитового комплекса (таблица 1) по содеражниям SiO2 соответствуют базальтам (иногда до андезитов).

Таблица 1. Амфиболитовый комплекс. Химический состав

NN обр.

GAN37

GAN42

GAN19

GAN71

GAN21A

SiO2

61,87

52,01

50,38

53,48

49,25

TiO2

0,93

0,85

1,02

1,28

1,28

Al2O3

16,67

20,27

20,60

18,16

17,51

Fe2O3

3,53

3,66

5,25

4,89

3,10

FeO

2,16

3,46

4,02

4,17

4,85

MnO

0,11

0,12

0,08

0,18

0,11

MgO

1,65

3,82

2,46

3,09

7,33

CaO

7,27

10,80

10,08

7,77

12,06

Na2O

5,12

3,69

5,18

5,54

3,61

K2O

0,33

0,22

0,36

0,63

0,22

P2O5

0,13

0,01

0,20

0,36

0,10

LOI

0,43

1,27

0,55

0,95

0,55

Rb

3

4

1

2

1

Sr

168

285

219

228

127

Nb

3

1

2

4

4

Zr

107

42

91

81

67

Y

19

14

20

21

20

La

7,70

2,30

5,90

7,70

2,20

Ce

16,00

4,00

14,00

17,00

5,30

Nd

12,00

3,60

12,00

14,00

5,70

Sm

3,20

1,20

3,70

4,30

2,40

Eu

0,99

0,60

1,20

1,20

0,90

Tb

0,57

0,22

0,76

0,80

0,63

Yb

2,20

0,83

2,50

2,50

2,00

Lu

0,360

0,130

0,390

0,410

0,330

Относительно низкие содержания TiO2 (0,9-1,3%) при изменчивых — железо-магниевого отношения (1-4) обуславливают их принадлежность к классу орогенных (или надсубдукционных) серий (рис. 3).

Рис. 3. Ганальские метаморфиты. Петрогеохимические диаграммы

По распределению редких земель обнаруживают тенденцию к обогащению, относительно высокие содержания Zr и Y (соответственно 70-100 и 20-30 г/т) при низких содержаниях Nb (1-4 г/т) и высоких отношениях высококзарядных катионов (Zr/Nb 25-45, Zr/Y 3-4) также характерны для насубдукционных серий.

Метагабброидный комплекс

Флазерные габбро метагабброидного комплекса характеризуются (таблица 2) низкими содержаниями иммобильных несовместимых элементов (TiO2=0,9-1,0% при железо-магниевом отношении 1-2, см. рис. 3, Zr=36-56, Y=14-26, Nb=1-4 г/т), относительно пониженными отношениями Zr/Nb и Zr/Y (12-23 и 1.9-2.9, соответственно).

Таблица 2. Химический состав метагабброидного комплекса

NN обр.

GAN54A

GAN104

GAN50

GAN113A

SiO2

44,05

49,26

49,22

49,50

TiO2

0,94

0,98

0,90

0,94

Al2O3

19,76

19,43

17,84

18,78

Fe2O3

5,20

4,43

5,24

1,31

FeO

5,71

5,48

5,57

6,50

MnO

0,13

0,17

0,19

0,16

MgO

8,01

5,15

5,94

7,17

CaO

13,63

10,98

12,01

11,88

Na2O

2,12

3,31

3,08

2,15

K2O

0,38

0,51

0,36

0,36

P2O5

0,09

0,16

0,00

0,16

LOI

0,26

0,39

0,20

0,67

Rb

5

3

2

3

Sr

415

455

379

533

Nb

2

2

2

3

Zr

41

46

46

51

Y

17

16

16

17

La

3,20

5,80

4,40

4,90

Ce

7,90

10,00

8,40

9,80

Nd

7,80

6,90

7,80

8,40

Sm

3,10

2,00

2,30

2,50

Eu

1,20

0,71

0,78

0,80

Tb

0,46

0,28

0,42

0,40

Yb

1,60

1,10

1,40

1,30

Lu

0,240

0,160

0,230

0,180

Амфиболовые габбро в целом аналогичны флазерным по содержания Zr и Y (37-58 и 17-20 г/т, соответственно), но имеют несколько более высокие содержания Nb (до 6 г/т) и еще более низкие отношения Zr/Nb (9-16). В целом они принадлежат к надсубдукционным сериям; низкие асолютные содержания РЗЭ и пониженное отношение La/Sm обуславливает их сходство с примитивными толеитами островных дуг(см. рис. 3).

Гранулитовый комплекс

Мафические породы гранулитового комплекса резко отличны по составу от амфиболитов и габброидов (таблица 3). Они имеют повышенные содержания TiO2 при низком железо-магниевом отношении (0,9-1,6, см. рис. 3), аналогично породам анорогенных серий. Повышенные содержания Zr, Y и Nb (80-150, 19-37 и 3-11 г/т, соответственно) и высокие отношения Zr/Nb (более 20) обуславливают их сходство с базальтами срединно-океанических хребтов. По распределению РЗЭ (см. рис. 3) среди гранулитов выделяется две группы — истощенная и обогащенная. К последней принадлежат и ассоциированные с гранулитами ультрамафиты (Zr/Nb 9-12).

Таблица 3. Химический состав гранулитового комплекса

NN обр.

GAN123

GAN115

GAN90

GAN143

GAN114

SiO2

47,81

47,92

49,86

53,20

46,02

TiO2

2,13

1,44

1,85

1,36

1,44

Al2O3

16,29

15,81

17,21

17,83

6,80

Fe2O3

4,12

5,02

5,07

4,49

10,74

FeO

6,08

2,79

4,41

4,36

6,47

MnO

0,19

0,17

0,16

0,13

0,38

MgO

7,30

5,13

5,90

5,59

18,37

CaO

10,17

17,49

9,62

9,79

6,55

Na2O

3,46

3,23

4,83

3,46

1,25

K2O

0,80

0,49

1,27

0,29

0,22

P2O5

0,09

0,32

0,18

0,15

0,00

LOI

1,18

0,55

0,63

0,32

1,37

Rb

7

6

6

1

1

Sr

164

299

263

317

68

Nb

3

8

5

3

4

Zr

103

119

109

144

46

Y

30

19

20

19

36

La

4,90

9,60

9,80

9,70

3,70

Ce

12,00

19,00

18,00

19,00

12,00

Nd

12,00

13,00

15,00

15,00

17,00

Sm

4,30

3,70

3,90

4,10

6,90

Eu

1,30

1,00

1,00

0,98

1,40

Tb

1,10

0,63

0,53

0,64

1,60

Yb

4,20

2,10

2,20

2,30

4,50

Lu

0,650

0,340

0,330

0,360

0,650

Граниты и гранито-гнейсы разделяются на две группы. В первую входят плагиограниты, слагающие поля плагиогранито-гнейсов и мелкие дайки внутри амфиболитовой пластины. Им свойственны низкие содержания Rb, Zr и Y при повышенных — Sr, что сближает их с низко-Y адакитами, формирующимися при анатексисе субдуцируемых океанических плит.

Вторая группа включает гранито-гнейсы и массивные граниты амфиболитовой, сланцево-гнейсовой и метагабброидной пластин, а также кислые породы гранулитовой пластины. Они, не зависимо от степени метаморфизма, характеризуются более высокими содержаниями Rb, Zr, Y и Nb и пониженными — Sr; соотношения этих элементов аналогичны таковым в извествково-щелочных гранитоидах островных дуг и активных континентальных окраин.

Заключение

Различие вещественного состава, характера метаморфизма и внутренней структуры тектонических пластин, выделяемых в составе Вахталкинского блока, свидетельствует о их различном происхождении.

Амфиболиты и метагабброиды обнаруживают сходство с магматическими сериями островных дуг. Породы гранито-гнейсового комплекса в качестве протолита имели, вероятно, вулкано-терригенные образования, также более характерные для островодужных обстановок. Гранулиты же более сходны геохимически с тлеитами MORB.

Тектоническое совмещение разнородных комплексов Вахталкинского блока сопровождалось широкомасштабной гранитизацией, не характерной для субдукционной аккреции, а более свойственной коллизионным зонам. Однако локальный, в масштабах Камчатки, характер этих процессов скорее свидетельствует в пользу их приуроченности к шовной зоне сдвиговоой природы. Поскольку в дислоцированной структуре Вахталкинского блока наряду с метаморфическими образованиями участвую также неметаморфизованные туфосилициты мела и палеогеновые (возможно, до ранненеогеновых) вулканогенные образования, процесс тектонического совмещения и сопряженные с ним метаморфизм и гранитизация могут датироваться серединой кайнозоя, определяясь сопряжением Камчатских и Курисльских структур. Характерно, что лишь с неогенового времени вулканические пояса Камчатки начинаю выступать в качестве прямого продолжения Курильской островной дуги.

Благодарности

Работа выполнена при финасовой поддержке Российского Фонда фундаментальных исследований (Грант N98-05-64538).

Полевые работы в Ганальском хребте проводились совместно с П.К.Кепежинскасом. Результаты неоднократно обсуждались с Н.В.Цукановым и К.А.Крыловым. Посему автор и выражает всем им свою признательность.

Оставить комментарий