Состав и условия образования протолитов плагиогнейсов в Харбейском метаморфическом комплексе (Полярный Урал)

На Полярном Урале в западной тектонической зоне в южной части Собского поднятия обнажаются глубоко метаморфизованные раннедокембрийские вулканогенно-осадочные породы харбейского метаморфического комплекса. Они характеризуются вытянутым в северо-западном направлении структурным планом, дискордантным по отношению к ориентации структур уралид, и тектоническими взаимоотношениями с окружающими отложениями (рис. 1). Со гласно стратиграфическим схемам Урала [10] в рассматриваемом районе снизу вверх выделяются три свиты: лаптаюганская (биотитовые и гранатовые амфиболиты, слюдяные и ам-фиболовые гнейсы), ханмейхойская (гранатсодержащие амфиболиты, ам-фиболовые сланцы и двуслюдяные гранат-слюдяные гнейсы) и парик-васьшорская (слюдяные, гранатсодержащие высокоглиноземистые кристаллические гнейсы и дистен-ставро-лит-гранатовые сланцы). Породами лаптаюганской свиты сложены центральные части двух крупных брахиан-тиклинальных структур — Ев-Юган-ской и Лапта-Юганской, между которыми заключена Париквасьшорская синклиналь. Граница между лаптаюганской и ханмейхойской свитами проводится условно по появлению в верхней свите значительного количества плагиогнейсов. Четкая граница между этими свитами пока не установлена. Амфиболиты и плагиогнейсы в пределах указанных выше свит

Рис. 1. Местоположение харбейского комплекса в Уральском складчатом поясе (А) и его схематические геологические карты (Б, С).

Б. Условные обозначения (по [17]): 1 — марункеуский комплекс (PR 1 ); 2 — харбейс-кий комплекс (PR 1 ); 3 — няровейская серия (R₂); 4 — орангская свита (PZ); 5 — осадочные формации палеозоя; 6 — метагарцбургиты и дуниты; 7— геологические границы.

С. Условные обозначения [4]:1 — гипербазиты Сыумкеу; 2 — отложения палеозоя; 3 — няровейская серия; 4—6 — харбейский метаморфический комплекс (PR 1 ): 4 — слюдяные, амфибол-слюдяные высокоглиноземистые гнейсы; дистен-ставролитовые, дистен-ставролит-гранатовые сланцы париквасьшорской свиты; 5 — амфиболиты, плагиогнейсы и линзы слюдистых мраморов ханмейхойской свиты; 6 — амфиболиты и плагиогнейсы лаптаюганской свиты; 7 — гнейсо-граниты; 8 — геологические границы: а — стратиграфические, б — тектонические; 9 — элементы залегания сланцеватости и полосчатости; 10 — предполагаемая граница между лаптаюганской и хан-мейхойской свитами

встречаются обычно в виде пластов и пачек мощностью до 100 м.

В работах предшественников было показано, что образование амфиболитов и плагиогнейсов харбейского комплекса, сформировавшихся соответственно по основным магматическим и терригенным породам, протекало в условиях геотектонического режима, близкого к платформенному. Плагиогнейсы ханмейхойской и париквасьшорской свит исследователи отнесли к алевролито-глинистопесчаной формации, образование которой, по их мнению, происходило в спокойной тектонической обстановке [1, 2].

Ранее нами были изучены химический состав и геодинамическая обстановка образования протолитов амфиболитов и амфиболовых сланцев ханмейхойской свиты [5]. По распределению петрогенных компонентов и редких элементов эти породы схожи с вулканитами окраинных или задуго-вых морей [12]. Плагиогнейсы, перемежающиеся с амфиболитами, до сих пор исследованы слабо. Для установления источников сноса и уточнения геодинамической обстановки форми рования плагиогнейсов, слагающих разрез ханмейхойской свиты, был проведен анализ геохимического состава этих пород. Основное внимание уделялось редким (Th, Nb, Y, Sc, Zr, Hf и др.) и редкоземельным элементам, а также ряду петрогенных компонентов, характеризующихся инертным поведением при выветривании и региональном метаморфизме пород [9, 11]. Поскольку наиболее легко растворимыми и подвижными при этих процессах являются щелочные и щелочно-земельные элементы, для анализа использовались образцы плагиогнейсов ханмейхойской свиты, которые не подвержены процессам гранитизации.

Петрография и характеристика химического состава плагиогнейсов. В среднем течении р. Б. Харбей в восточной части харбейского комплекса наблюдаются гранат-биотит-амфибо-ловые (обр. 14-6,116-6), амфиболовые (обр. 12-11), гранат-биотитовые и биотитовые плагиогнейсы, согласно переслаивающиеся с массивными и слабосланцеватыми равномерно-зернистыми амфиболитами и имеющие с ними четкие контакты. Плагиогнейсы светло-серого цвета характеризуются гнейсовидной текстурой, лепи-донематогранобластовой, лепидогра-нобластовой, нематогранобластовой среднезернистой структурой. Породы состоят в основном из плагиоклаза (олигоклаз, альбит) и кварца (8090 %). Второстепенными минералами являются биотит (0—20 %), амфибол (0-10 %), гранат (0-8 %), хлорит (1 %). Акцессорные минералы представлены цирконом и титанитом (0-1 %), а рудный минерал — магнетитом (1-2 %).

В верховьях р. Б. Харбей и на ее притоках в центральной и северо-западной частях харбейского комплекса распространены амфибол-биотит-эпидотовые (обр. 16-6), хлорит-амфи-бол-клиноцоизит-мусковитовые (обр. 112-5), гранатовые двуслюдяные (обр. 16-2), клиноцоизит-мусковит-биоти-товые (обр. 18-3), мусковит-амфибол-клиноцоизитовые (обр. 111-8) и хло-рит-мусковитовые (обр. 107-05) плагиогнейсы. Эти породы переслаиваются со сланцеватыми амфиболитами и сланцами. Окраска пород серая местами с зеленоватым оттенком, текстура гнейсовидная, структура лепи-донематогранобластовая, лепидогра-нобластовая. Основными минералами в них являются (%) альбит (30-50), кварц (15-25), клиноцоизит (2-15), гранат (0-4), биотит (0-3), амфибол

(0—15), мусковит (0—5), хлорит (0—1); акцессорные и рудные минералы представлены титанитом (менее 1), цирконом (менее 1), рутилом (0—1), пиритом (0—2) и магнетитом (0—1).

Петрохимические компоненты в плагиогнейсах содержатся в следующих пределах, %: SiO2 62.15-69.88; TiO2 0.3-1.0; A12O3 9.14-15.07; Fe2O3 1.83-4.84; FeO 1.86-7.40; MnO 0.100.38; MgO 0.50-4.46; CaO 0.83-5.57; Na2O 1.73-8.9; K2O 0.12-2.87; P2O5 0.45 (табл. 1).

На идентификационной диаграмме А. А. Предовского [8] точки составов амфибол-биотит-эпидотового (обр. 16-6), хлорит-мусковитового (обр. 107-05) и гранат-биотит-амфи-болового (обр. 116-6) плагиогнейсов расположились в области малоглинистых и глинистых граувакк, а точка состава амфибол-клиноцоизит-мус-ковитового плагиогнейса (обр. 112-5) находится в области субграувакк. Попадание остальных точек составов в поле сиенитов, возможно, обусловлено повышением содержания натрия в породе. По классификации А. Н. Неелова [3] наблюдается схожесть хлорит-мусковитового (обр. 107-05) и гранатового двуслюдяного (обр. 16-2) плагиогнейсов с полимиктовыми песчаниками; амфиболового плагиогнейса (обр. 12-11) с полимиктовыми алевролитами; амфибол-клиноцои-зит-мусковитового (обр. 112-5), мус- ковит-амфибол-клиноцоизитового (обр. 111-8), амфибол-биотит-эпидо-тового (обр. х-16-6) и гранат-биотит-амфиболовых (обр. 116-6, 14-6) плагиогнейсов с граувакковыми песчаниками и алевролитами, туффитами среднего и основного составов.

В литохимии часто используются петрохимические модули (ГМ — гидролизатный модуль, АМ — алю-мокремниевый модуль, ФМ — феми-ческий модуль, ТМ — титановый модуль, НКМ — модуль нормированной щелочности и др.), характеризующие степень химического выветривания пород, механической сортировки кла-стики и т. д. [6, 13]. Значения ГМ в плагиогнейсах обр. 12-11,116-6,18-3, 16-6 варьируются от 0.33 до 0.39, а ФМ в них более 0.1, что характерно для вулканокластических граувакк [13]. В образцах пород 14-6 и 107-05 ГМ составляет 0.27 и 0.29, а ФМ — 0.11, что свойственно полимиктовым песчаникам со смешанным материалом основного и кислого составов. Остальные плагиогнейсы по рассматриваемым модулям схожи с полимиктовыми песчаниками. Известен еще один показатель химического выветривания, а также климата в области размыва — CIA [11] = 100 Ч Al2O3/ (Al2O3 + CaO + Na2O). Низкие значения этого индекса (порядка 50), характерны для плагиогнейсов харбейского комплекса, указывают на формирование сла- бовыветрелых осадков в условиях аридного и гляциального климатов.

Для разделения осадочных пород на литогенные, прошедшие минимум один раз полный цикл переотложения, и петрогенные, близкие к исходным магматическим породам, используется отношение K 2 O / A1 2 O 3 [16], а также корреляция петрохимических модулей TM-ЖМ и НКМ-ГМ [13]. В плагиогнейсах харбейского комплекса отношение K₂O / A1 2 O 3 варьируется от 0.01 до 0.22, что позволяет их отнести к литогенным осадкам или же к осадкам, образовавшимся из магматических пород основного состава. Положительная корреляция с высоким коэффициентом (г 0.88) между титанистым и железистыми модулями, а также положительная корреляция с низким коэффициентом (г 0.1) между гидролизатным модулем и нормированной щелочностью больше сближает метапороды харбейского комплекса с петрогенными осадками. Из-за высокой подвижности калия при процессах осадконакопления и метаморфизме, как было сказано выше, значения отношения K 2 O/A1 2 O 3 могут искажаться. Наиболее достоверными в данном случае будут показатели корреляции между ТМ и ЖМ, поэтому протолитами плагиогнейсов могли быть петрогенные образования, представленные граувакковыми песчаниками и алевролитами (обр. 116-6,16-6,

Таблица 1

Химический состав плагиогнейсов харбейского метаморфического комплекса, мае. %

Компонент	Номер пробы
	12-11	14-6	116-6	18-3	16-2	16-6	107-05	112-5*	111-8
SiO2	64.24	68.11	62.15	65.33	68.48	63.74	69.88	67.46	67.76
TiO2	0.96	0.57	0.96	1.00	0.76	0.65	0.62	0.3	0.49
ai263	13.99	11.8	14.87	9.14	14.46	15.07	13.20	14.81	14.56
Fe2O3	2.67	2.64	4.84	3.46	2.06	2.95	2.73	1.83	2.11
FeO	3.47	3.37	3.68	7.40	1.86	2.98	2.57	2.35	2.48
MnO	0.38	0.11	0.16	0.27	0.11	0.10	0.15	0.07	0.08
MgO	0.50	1.64	2.63	4.46	0.72	1.67	2.07	1.3	1.56
CaO	1.80	4.81	2.38	4.67	3.09	5.57	0.83	4.61	4.05
Na2O	8.90	4.16	5.96	1.73	5.28	4.78	2.04	3.62	5.71
К2О	2.56	0.81	0.33	0.12	1.56	0.76	2.87	0.13	0.18
Р2О5	0.12	0.25	0.00	0.01	0.16	0.45	0.27	0.12	0.22
П.п.п.	0.90	1.72	2.03	2.41	1.46	1.29	2.76	2.36	0.81
Сумма	100	100	100	100	100	100	100	99.21	100
ГМ	0.33	0.27	0.39	0.33	0.28	0.34	0.28	0.29	0.29
ТМ	0.07	0.05	0.06	0.11	0.05	0.04	0.05	0.02	0.03
ЖМ	0.47	0.63	0.71	1.54	0.31	0.49	0.54	0.37	0.41
ФМ	0.11	0.11	0.18	0.24	0.07	0.12	0.11	0.08	0.09
НКМ	0.82	0.42	0.42	0.20	0.47	0.37	0.37	0.25	0.40
АМ	0.22	0.17	0.24	0.14	0.21	0.24	0.19	0.22	0.21
К2О/А12О3	0.18	0.069	0.022	0.013	0.106	0.05	0.22	0.0087	0.012
CIA	40	42	51	45	48	45	63	51	47

Примечание. Химический состав пород определен методом мокрой химии (номер образца со звездочкой) и комплексным методом мокрой химии с рентгенофлуоресцентным анализом в Институте геологии Коми НЦ УрО РАН.

18-3,) а также полимиктовыми песчаниками (обр. 16-2,112-5,107-05, 14-6, 111-8, 12-11).

Источники сноса и геодинамичес-кая обстановка седиментации. Важную информацию об источниках сноса дают содержания редких и редкоземельных элементов и их соотношение в осадочной породе, а также некоторые петрохимические компоненты. От PAAS (постархейский глинистый сланец, средний состав которого считается типичным для верхней континентальной коры [11]) плагиогнейсы харбейского комплекса отличаются пониженным содержаниям глинозема (9.14—15.07 %) и оксида калия (0.12—2.87 %) и повышенным содержанием оксида натрия (1.73—8.9 %). По составу редкоземельных элементов (табл. 2), нормализованному относительно состава хондрита, наблюдается схожесть спектров распределения элементов гранат-двуслюдяного пла-гиогнейса (обр. 16-2) с PAAS: отношение La/Yb в этой породе достигает 9.16 (рис. 2), что указывает на преобладание кислых пород в источниках сноса. Гранат-биотит-амфиболовый пла-гиогнейс (обр. 116-6) имеет более низкое содержание легких редкоземельных элементов (отношение La / Yb — 3)

Рис. 2. Содержания редкоземельных элементов в плагиогнейсах (обр. 16-2,112-5,116-6) и постархейском глинистом сланце (PAAS), нормализованные относительно хондрита [18]

и более высокое содержание тяжелых элементов, что указывает на присутствие в источниках сноса основных вулканитов. Подобное распределение элементов имеют, например, граувакки девонской формации Балдуин, образовавшиеся в условиях передовой дуги, а также позднеархейские осадочные породы западной Австралии, появившиеся в результате смешения материала основных и кислых магмати- тов [11]. Низкое суммарное содержание редкоземельных элементов относительно PAAS в амфибол-клиноцо-изит-мусковитовом плагиогнейсе (обр. 112-5) связано скорее всего с гру-бозернистостью осадочного материала и его накоплением в бассейнах передовых дуг континентальных окраин вследствие приноса андезитового материала. Отсутствие европиевой аномалии, что наблюдается в этом образ-

Таблица 2

Содержание редких и редкоземельных элементов в плагиогнейсах харбейского комплекса, г/т

Элемент	Номер пробы			Элемент	Номер пробы
	16-2	112-5	116-6		16-2	112-5	116-6
Li	3.647	1.382	11.25	Ва	477.3	77.99	140.7
Be	1.53	0.5822	0.9288	La	29.55	8.774	12.51
Sc	7.595	3.999	16.15	Се	53.46	18.81	32.99
V	47.82	45.59	103.6	Рг	7.509	2.297	4.83
Cr	13.74	10.16	26.19	Nd	29.26	8.761	22.78
Co	6.835	7.253	39.51	Sm	6.216	1.65	6.106
Ni	6.153	6.76	10.14	Eu	1.308	0.5548	1.503
Cu	9.83	13.8	269.4	Gd	5.382	1.273	6.554
Zn	87.2	37.72	57.73	Tb	0.8577	0.1754	1.03
Ga	16.53	15.05	19.39	Dy	5.474	1.085	6.77
Ge	1.048	0.7701	0.8429	Ho	1.107	0.2046	1.419
As	0.4714	0.9556	1367	Er	3.299	0.5998	4.221
Se	н/о	н/о	0.7665	Tm	0.4749	0.08529	0.6227
Rb	44.17	1.188	17.4	Yb	3.218	0.5759	4.081
Sr	156.8	520.8	61.42	Lu	0.4637	0.08793	0.6235
Y	27.97	5.203	34.11	Hf	1.72	0.6302	4.706
Zr	80.93	26.7	183.8	Ta	1.808	0.1142	0.3285
Nb	20.27	1.334	3.634	W	0.0801	0.2834	0.07101
Mo	1.285	0.4134	0.553	Re	0.00087	0.00085	0.00089
Cd	0.146	0.1034	0.1503	T1	0.2248	0.0029	0.5804
Sn	2.25	0.4946	1.709	Pb	5.334	5.429	2.292
Sb	0.04204	0.09379	30.38	Bi	0.1674	0.09115	0.01666
Те	0.01953	0.04935	0.05746	Th	13.11	1.665	1.676
Cs	0.8644	0.087	0.8506	U	3.574	0.4533	0.4342

Примечание. Определение концентраций редких и рассеянных элементов выполнено путем кислотного разложения исходных образцов и дальнейшего анализа с помощью секторного масс-спектрометра с ионизацией в индуктивно связанной плазме (FS HR ICP-MS) Element2 в Институте геологии и геохимии им. А. Н. Заварицкого.

Таблица 3

Индикаторное соотношение содержаний редких элементов в плагиогнейсах харбейского комплекса

Номер пробы	La/Sc	La/Th	Th/Co
16-2	3.891	2.254	1.918
112-5	2.194	5.269	0.230
116-6	0.775	7.464	0.043

La/Th ----Толеиты океанических островов

Поле значений, характерных для магматических — пород кислого состава

Юг Th/Co

1 -

Зрелая континентальная кора (фельзитовый источник)

Андезитовый островодужный источник

Поле значений, 0,1- характерных для магматических пород основного

Рис. 3. Положение фигуративных точек составов плагиогнейсов на дискриминантных диаграммах Hf — La/Th и La/Sc — Th/Co [7]. Условные обозначения плагиогнейсов: 1 — гранатового двуслюдяного, 2 — гранат-биотит-амфиболового, 3 — ам-фибол-клиноцоизит-мусковитового

це, характерно для вулканогенно-осадочных пород, образовавшихся в прогибах островных дуг, а также для осадков, сформировавшихся из мантийных магматитов. Схожие спектры распределения редкоземельных элементов дают глубоководные турбидиты бассейна Вудларк, образовавшиеся в условиях передовой дуги [11].

Показателями пород в областях размыва выступают индикаторные элементы и их отношения — Hf, La/Sc, Th/Co, La/Th (табл. 3). По соотношению этих компонентов точка состава гранат-двуслюдяного гнейса располагается вблизи поля зрелой континентальной коры и в поле значений, характерных для кислых пород, а точка состава гранат-биотит-амфиболового плагиогнейса — в поле андезитового островодужного источника и основных магматических пород (рис. 3). Точка состава амфибол-клиноцоизит-мусковитовой породы занимает промежуточное положение между перечисленными областями размыва.

Рис. 4. Положение фигуративных точек составов плагиогнейсов на идентификационных диаграммах [14] петрохимических компонентов. Поля, характеризующие тектоническую обстановку: А — океанических островных дуг; В — континентальных островных дуг; С — активных континентальных окраин; D — пассивных континентальных окраин

Рис. 5. Положение фигуративных точек составов плагиогнейсов харбейского комплекса на идентификационных диаграммах [15] содержаний редких элементов. Буквенные обозначения полей см. на рис. 4

Для интерпретации геодинами-ческих условий седиментации протолитов плагиогнейсов применялись различные диаграммы Р. М. Бхатии [14,15]. В результате было установлено, что на графиках, в которых учитываются петрохимические компоненты, точки составов пород располагаются в основном в полях или вблизи полей континентальных островных дуг и активной континентальной окраины (рис. 4). Диаграммы, построенные по содержанию редких элементов — Co, Th, Zr, Sc, La, показали связь плагиогнейсов харбейского комплекса с океаническими и континентальными островными дугами, а также с активной континентальной окраиной (рис. 5). Все точки составов плагиогнейсов находятся вне области пассивной континентальной окраины, что опровергает мнение об образовании протолитов этих пород в спокойных платформенных условиях. Учитывая сходство по составу метаба-зитов харбейского комплекса, вмещающих плагиогнейсы, и вулканитов окраинных или задуговых морей [12], можно предположить, что метатерри-генные породы сформировались в этом же тектоническом режиме, что подтверждается результатами наших исследований.

Выводы. Протолитами плагиогнейсов ханмейхойской свиты харбейского комплекса служили полимиктовые, граувакковые песчаники и алевролиты. В источниках сноса преобладали породы кислого состава, скорее всего гнейсы или гранитоиды континентального склона, а также основные и средние магматиты островодужной системы. Геодинамическая обстановка седиментации соответствовала условиям активной конти- нентальной окраины окраинного или задугового моря.

Работа выполнена при поддержке Программы фундаментальных исследований РАН № 12-И-5-2022.