Процессы ликвации в риолитах Лядгейского комплекса хребта Енганепэ (Полярный Урал)

Гипабиссальные породы при своем становлении имеют, как правило, сложные текстурно-структурные особенности, выраженные в образовании вариолитовых (сферолитовых или сферолоидных) структур и полосчатых текстур. Образование подобных структур и текстур в кислых лавах многими исследователями объясняется процессами ликвации (Воловикова и др., 1962; Короновский и др., 1976; Маракушев и др., 1979; Пугин и др., 1980; Самаркин и др., 2004). Ликвация (разделение первоначально однородного расплава на несколько разных несмешивающихся жидкостей) происходит при понижении температуры. Есть другая точка зрения, предполагающая расслоение расплава вследствие неравномерной дегазации лавы, что приводит к неоднородному затвердеванию расплава, расслоению его по вязкости и, как следствие, к образованию полосчатых текстур (Мишин, 1994; Летников, 1997; Голубева, 1999).

При изучении кислых пород экструзивно-субвулканического тела лядгейского комплекса ( λ V 2 ld) между ручьями Правый и

Левый Изъявож южной части хребта Енга-непэ (Полярный Урал) были выявлены их необычные текстурно-структурные особенности, обусловленные тонкополосчатым ритмичным строением и наличием шаровидных обособлений. Поэтому была поставлена задача выяснения генезиса данных особенностей, учитывая разные точки зрения на их образование.

Геологическое строение района исследования

Хребет Енганепэ расположен на юго-западном склоне Полярного Урала в 50 км к юго-востоку от г. Воркута. Он представляет собой брахиантиклиналь северо-восточного простирания, в ядре которой вскрыты породы фундамента – докембрийские осадочные, вулканогенно-осадочные и вулканические стратифицированные комплексы – отложения манюкуяхинской свиты (RF 3 mj), беда-мельской серии (RF 3 –V 2 bd) и енганепэйской свиты (V 2 –Є 1 en). Крылья антиклинали сложены породами палеозойского структурного этажа, отделенного от образований

фундамента угловым, стратиграфическим и азимутальным несогласиями.

Среди магматических горных пород, развитых в южной части хребта Енганепэ, выделяется множество мелких и крупных поздневендских экструзивно-субвулканических образований лядгейского комплекса ( λ V 2 ld), которые локализованы в верхах бедамельской серии и комагматичны кислым покровным образованиям (Шишкин и др., 2004).

Ранее изученное нами крупное образование обладает неоднородным строением, обусловленным зональным расположением разновидностей пород. Установлено, что центральную часть тела слагают флюидальные риолиты, которые к востоку замещаются однородными массивными разностями. Риолиты массивного облика сменяются кластола-вами риолитового и дацитового составов, выходы которых сохранились лишь в южной и северо-восточной частях постройки соответственно.

Рис. 1 . Схема геологического строения экструзивно-субвулканического тела лядгейского комплекса ( λ V 2 ld) южной части хребта Енганепэ, Полярный Урал (Составлена по материалам ГДП-200 ЗАО «ГГК МИРЕКО» (Государственная…, 2013) с дополнениями автора): 1 – бедамельская серия нерас-члененная (RF 3 –V 2 bd): базальты, андезибазальты, андезиты, дациты, риолиты и их кластолавы и туфы; 2 – манюкуяхинская свита (RF 3 mj): метаалевропесчаники, метаалевролиты, углеродисто-кремнисто-глинистые сланцы, прослои известняков; 3 – лядгейский комплекс риолитовый ( λ V 2 ld); 4 – флюидальные риолиты; 5 – массивные риолиты; 6 – трахириолиты; 7 – кластолава риолитового состава; 8 – кластолава дацитового состава; 9 – сферолоидные риолиты; 10 – андезиты; 11 – туф трахиандезитового состава; 12 – туф андезитового состава; 13 – согласные границы стратиграфических подразделений;элементы залегания: 14 – слоистости, 15 – плоскостных структур течения, 16 – сланцеватости пород, 17 – объект исследования

Юго-восточная часть экструзивного тела сложена риолитами со сферолоидной структурой. В кислых разностях присутствуют признаки течения. Вмещающие породы обнажаются только на западном и северо-восточном склонах тела и представлены андезитами и их туфами бедамельской серии (RF 3 –V 2 bd) (Вовчина, 2022).

Риолиты являются перглиноземистыми вулканическими породами нормальной щелочности и проявляют надсубдукционные островодужные геохимические черты.

Абсолютный возраст риолитов лядгей-ского комплекса определен по единичным цирконам U-Pb методом на ионном микрозонде SHRIMP-II в ЦИИ ВСЕГЕИ в интервале 555–547 млн лет и отвечает основанию верхнего венда (Шишкин, 2004).

Методика исследований

Работа выполнена с использованием научного оборудования ЦКП «Геонаука» ИГ ФИЦ Коми НЦ УрО РАН. Минеральный состав и текстурно-структурные особенности пород изучались в прозрачных шлифах на исследовательском микроскопе OLYMPUS BX51. На сканирующем электронном микроскопе Tescan Vega 3 LMH с энергодисперсионным спектрометром X-MAX 50mm Oxford Instruments было выполнено сканирование сферолоидных и полосчатых риолитов по профилям, диаметр пучка составил 180 нм.

Петрографические особенности пород

Полосчатые, или флюидальные, риолиты характеризуются чередованием молочно-белых и темно-серых слойков толщиной от 0,05 до 2 мм на макроуровне, подобном структурам ламинарного течения (рис. 2 а). Породы обладают линзовидно-полосчатой текстурой и редкопорфировой структурой. Молочно-белые слойки обладают большей толщиной и состоят из скрытокристаллической (кварц- полевошпатовая) массы с единичными зернами акцессорного циркона и монацита. Темно-серые линзовидные слойки имеют зональное строение: внешняя оторочка сложена калиевым полевым шпатом в форме друзочек, распологающихся перпендикулярно относительно границ линзы, нередко встречаются чешуйки биотита, хлорита (рипидолит, бру-нсвигит) и рудный минерал – ильменит, а внутренняя (центральная) часть участков линз чаще сложена радиально-лучистыми сферолитами того же калиевого полевого шпата (рис. 2 а, г) и реже изометричными зернами кварца (рис. 2 б). В центре сферолоидов развивается хлорит, что указывает на содержание воды в линзовидных слойках (рис. 2 г).

Сферолоидные риолиты имеют плотное сложение и темно-серую окраску с овальновытянутыми сферолоидами белого и красновато-бордового цвета (рис. 2 г). В микрофель-зитовой, флюидальной кварц-полевошпато-вой основной массе заключены вытянутые и удлиненные по направлению течения сферо-лоиды. Они распределены по одному или группами из нескольких индивидов. Размеры сферолоидов меняются от 0,6 до 10 мм. Внутренняя часть их сложена микрозернистым кварц-полевошпатовым агрегатом. Нередко в центральной части сферолоида развивается магнетит или хлорит (рис. 2 е). Оторочка сфе-ролоидов представлена неправильными зернами кварца размером 0,3–0,5 мм (рис. 2 е). Во флюидальной текстуре основной массы из-за большой вязкости кислой лавы при течении образовались изогнутые полости, в которых кристализуется зернистый кварц. По основной массе развивается вторичный серицит, свидетельствующий о большом содержании воды в породе. В сферолоидных риолитах были установлены минералы редких земель – монацит, алланит и несколько крупных (до 0,03×0,07 мм) неидентифицирован-ных минералов группы эшинита. Акцессорные минералы представлены несколькими крупными зернами циркона.

Рис. 2. Полосчатый (флюидальный) (а-г, обр. 807-15) и сферолоидный (д-е, обр. 818-1) риолит. Фото (а-г, е) с анализатором

Обсуждение результатов

Методом электронного сканирования на спектральном электронном микроскопе нами было выполнено исследование образцов полосчатых и сферолоидных риолитов, чтобы проследить «усредненные» концентрации элементов в выделяющихся зонах по заданному направлению (рис. 3, таблица).

Полосчатые риолиты сканировались по профилям, ориентированным поперек полосчатости (рис. 3 б). В результате выяснилось, что темные слойки содержат больше SiO 2 и Na 2 O, а светлые – Al 2 O 3 , K 2 O и FeO (рис. 3 в).

Сферолоидные риолиты сканировались по диаметру сферолоида (рис. 3 д). Центральная (ядро) и внутренняя его части содержат повышенное содержание SiO 2 и пониженное – Na 2 O, Al 2 O 3 , K 2 O и FeO. Оторочка центра (точки 4 и 6, рис. 3 д) и оторочка самого сфе-ролоида (точки 1 и 9, рис. 3 д) имеют схожие химические составы.

На треугольной диаграмме нормативных составов ортоклаз (Or) – кварц (Qtz) – альбит (Ab) (рис. 4 а, таблица) точки составов темных слойков (1, 3, 5, 9) в полосчатом риолите образуют явный тренд в сторону кварцевой вершины и являются низкотемпературными, имеют трехкомпонентный кварц-полевошпа-товый состав. Светлые слойки (рис. 4 а, точки 3, 4, 6, 8) бескварцевые с двухкомпонентным полевошпатовым составом, более высокотемпературные. Мы предполагаем, что флюиды концентрируются в темных слойках и понижают температуру кристаллизации, то есть идет образование трехкомпонентной эвтектики.

В сферолоидных риолитах установлены 3 зоны с разным эвтектическим составом. Центральная зона характеризуется двухкомпонентной эвтектикой, где ядро представлено кварц-ортоклазовой эвтектикой (рис. 4 б, точка 5), а оторочка центра (ядра) в основном альбит-ортоклазовым составом (рис. 4 б, точки 4 и 6). Внутренние зоны и оторочка сферолоида имеют трехкомпонентный кварц-полевошпатовый состав с тенденцией снижения кварцевого компонента к краю сфероло-ида (рис. 4 б).

Таблица. Усредненные результаты микроанализа SiO2, Al 2 O 3, FeO, Na 2 O, K 2 O (мас. %) полосчатых (обр. 807-15) и сферолоидны (обр. 818-1) риолитов

№ образца	№ усредненного анализа	SiO 2	Al 2 O 3	FeO	Na 2 O	K 2 O	Ab	Q	Or
IT) 1-Н о ОО	1	86,78	8,21	0,00	3,53	1,82	29,74	59,15	10,71
	2	63,82	18,64	1,74	2,28	12,90	19,27	0,00	76,15
	3	92,47	5,08	0,39	1,73	1,69	14,43	74,67	9,84
	4	65,59	18,52	0,38	2,78	12,64	23,48	0,91	74,54
	5	84,41	9,25	0,00	3,78	2,43	31,95	53,19	14,34
	6	64,56	18,55	0,91	2,86	12,22	24,18	0,43	72,13
	7	100,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	100,00	0,00
	8	63,45	18,64	1,74	2,24	12,69	18,93	0,00	74,91
	9	80,85	11,47	0,29	4,91	2,52	41,49	42,45	14,87
1-Н ОО ОО	1	64,06	18,64	4,05	8,96	3,36	28,40	9,46	52,89
	2	76,53	12,93	0,59	8,01	2,27	19,13	32,62	47,13
	3	84,29	8,61	0,00	5,28	1,68	14,20	54,37	31,17
	4	63,57	17,90	2,71	11,73	2,58	21,81	3,71	69,24
	5	77,77	9,22	1,49	6,69	0,00	0,00	51,74	39,49
	6	61,91	17,92	4,11	11,05	3,21	27,98	0,40	65,23
	7	83,09	9,01	0,20	4,76	2,19	18,51	52,20	28,10
	8	78,39	11,43	0,21	7,77	1,75	14,79	38,53	45,87
	9	55,25	23,09	5,27	8,86	1,38	11,67	11,74	52,30

Примечание. Номер точки микроанализа см. рис. 4. Микроанализ выполнен на спектральном электронном микроскопе Tescan Vega 3 LMH с энергодисперсионным спектрометром X-MAX 50mm Oxford Instruments в ЦКП «Геонаука» ИГ ФИЦ Коми НЦ УрО РАН (г. Сыктывкар). В таблице результаты Ab, Q, Or пересчитаны на норму CIPW

Рис. 3. Результаты сканирования полосчатых (а, б, в) и сферолоидных (г, д, е) риолитов лядгейского комплекса: а, г – общий вид породы на макроуровне; б, д – взаимоотношения минералов в риолитах, фото в обратно рассеянных электронах; в, е – кривые распределения элементов

Рис. 4. Треугольная диаграмма ортоклаз (Or) – кварц (Qtz) – альбит (Ab) нормативных составов полосчатых (а) и сферолоидных (б) риолитов. Условные обозначения: 1 – темные и 2 – светлые полосы в полосчатом риолите; 3 – центр (ядро), 4 – оторочка центра и 5 – внутренняя часть сферолоида и его оторочка. Цифры на рис. 4 соответствуют цифрам на рис. 3

Заключение

Петрографическое и минералогическое изучение тонкополосчатого ритмичного строения и шаровидных обособлений в риолитах экструзивно-субвулканического тела лядгейского комплекса ( λ V 2 ld) южной части хребта Енганепэ (Полярный Урал) позволило выяснить генезис данных особенностей в породе.

В результате электронного сканирования риолитов по заданному направлению от точки к точке оказалось, что «усредненные» концентрации элементов в выделяющихся зонах различаются. Так, в полосчатых риолитах темные слойки содержат больше SiO 2 и Na 2 O, а светлые – Al 2 O 3 , K 2 O и FeO. В сферолоид-ных риолитах от центра к краю сферул увеличиваются содержания Na 2 O, Al 2 O 3 , K 2 O и FeO, а также уменьшается концентрация SiO 2 .

Исследование чередующихся темных и светлых слойков в полосчатых риолитах позволило выявить, что флюиды концентрируются в темных слойках и понижают температуру кристаллизации, то есть идет образование трехкомпонентной эвтектики. Светлые слойки являются бескварцевыми с двухкомпонентным полевошпатовым составом и, соответственно, более высокотемпературными.

В сферолоидных риолитах прослеживается резкое различие химических составов в слоях сферолоида и установлено 3 этапа, возможно, связанных с остыванием расплава: 1) центральная с двухкомпонентной кварц-ортоклазовой эвтектикой; 2) оторочка центра с альбит-ортоклазовым составом; 3) внутренние зоны и оторочка сферолоида с трехкомпонентным кварц-полевошпатовым составом, где наблюдается тенденция снижения кварцевого компонента к краю сферолоида.

Выявленные закономерности наиболее наглядно можно проследить на треугольной диаграмме Or–Qtz–Ab, а полученные данные позволяют сделать вывод о проявлении в кислых вулканитах экструзивно-субвулканиче-ского тела лядгейского комплекса процессов ликвации.

Исследователи, изучавшие причину ликвации в однородных силикатных магмах, пришли к выводу, что главным механизмом, приводящим к расслоению расплава, является воздействие флюидов, в частности воды. В изученных породах «следы» присутствия воды наблюдаются во вторичных изменениях – наличии серицита и хлорита.

Работа выполнена в рамках темы НИР «Глубинное строение, геодинамическая эволюция, взаимодействие геосфер, магматизм, метаморфизм и изотопная геохронология Ти-мано-Североуральского литосферного сегмента» Института геологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН.

Автор признателен к.г.-м.н., старшему научному сотруднику ИГ ФИЦ Коми НЦ УрО РАН И.И. Голубевой за значительную помощь при написании статьи и полезные советы.