Ультракалиевые породы нижней части Верхневорыквинского базальтового покрова (Средний Тиман)

На Среднем Тимане, в верховьях р. Верхняя Ворыква, в подошве базальтов Верхневорыквинского покрова, вскрытого в двух карьерах (бокситовом и базальтовом) в пределах Вежаю-Ворыквинской группы бокситовых месторождений, обнаружены ультракалиевые породы проблематичного генезиса.

Ультракалиевые породы известны на Южном Тимане в подошвенных частях базальтовых покровов (силлов) в разрезе джьерской (D3dz) свиты. Установление генезиса этих пород проблематично, т. к. имеются доказательства калиевого метасоматоза первичных базальтов и примеры формирования собственно магматических щелочных базальтов [10, 13].

Покровы базальтов и дайки до-леритов рассматриваются в составе канино-тиманского комплекса средневерхнедевонского возраста (D2-3) [6]. Возраст комплекса определяется по геолого-структурным признакам — залеганию согласных покровов, потоков и слоев вулканогенно-осадочных пород среди палеонтологически охарактеризованных отложений яранской свиты позднего девона (D3jr2). По полученным нами Ar—Ar-данным по плагиоклазам из базальтов исследуемого покрова, абсолютный возраст пород 389+6 млн лет [9], позднедевонский.

Методы исследования

Комплексное исследование: петрографическое, определение химического состава и изучение аншли-фов с интегрированным в них рыхлым материалом — проведено в ИГ

Коми НЦ УрО РАН. Определение редких и редкоземельных элементов было сделано в ЦКП «Геоаналитик» г. Екатеринбурга. Изучение химического состава минералов базальтов с использованием шлифов на эпоксидной основе проведено в ИЭМ РАН (г. Черноголовка) на цифровых электронных сканирующих микроскопах Tescan VEGA-II XMU (энергодисперсионный спектрометр INCA Energy 450 и спектрометр с волновой дисперсией Oxford INCA Wave 700) и CamScan MV2300 (VEGA TS 5130MM) — энергодисперсионном спектрометре INCA Energy 350.

Результаты

Вскрытые части покрова базальтов (долеритов) были опробованы при проведении полевых работ 2010—2011 17

гг. В стенке бокситового карьера покров обнажен на всю мощность 10—12 м, кровля задернована, поэтому не отслеживается, а нижний контакт отмечается на большом протяжении и ясно видно налегание покрова на бокситы (рис. 1). В приподошвенной части обнаружен четко обозначенный слой (40—50 см), отделенный от вышерасположенных базальтов маломощным

(5—10 см) прослоем рыхлых дезинтегрированных пород (рис. 2).

Схематично разрез нижней части покрова представлен (снизу вверх):

• 0) бокситы;

• 1)    щелочная порода, массивная — 40—50 см (обр. С3/10);

• 2)    базальт дезинтегрированный, линзообразный белый слой (песок) — 2—5 см (обр. С4/10);

• 3)    базальт дезинтегрированный, светло-коричневый слой (песок) — 5—10 см (обр. С4а/10);

• 4)    базальт дезинтегрированный, коричневый слой (песок) — 10 см (обр. С5/10);

• 5)    базальт массивный, спутано-столбчатая отдельность — до 50 см —1 м (обр. С6/10).

• 6)    базальт массивный, нередко

  

  Рис. 1. Схема тектонического строения Среднего Тимана: а) 1 — Восточно-Европейский кратон; 2 — Тиман; 3 — Ижемская зона; 4 — выходы на поверхность комплексов фундамента; 5 — границы зон; 6 — район Вежаю-Ворыквинской группы бокситовых месторождений. Схематический разрез стенки карьера «Бокситы Тимана»; б) 1 — базальты Верхневорыквинского покрова, 2 — измененные базальты, 3 — бокситы, 4 — ультракалиевые породы

  Fig. 1. Tectonic map of Middle Timan (a). 1 — East European Craton; 2 — Timan; 3 — Izhma zone; 4 — outcrops of basement complexes; 5 — border areas; 6 — area of Vezhayu-Vorykva group of bauxite deposits. Schematic section of pit wall «Timan Bauxite» (b). 1 — basalts of Upper-Vorykva cover, 2 — altered basalts, 3 — bauxite, 4 — ultrapotassic rock of bottom of the cover

  
  
  

  Рис. 2. Строение нижней части покрова: а — положение образцов в разрезе; б, в — примеры микроструктур базальтов (б) и ультракалиевых пород (в); г, д — изображение в обратно-рассеянных электронах базальтов (г) и ультракалиевых пород (д)

  Fig. 2. The structure of the bottom of the cover. а — the position of the samples in the context of б-в — examples of microstructures basalts (б) and ultrapotassic rocks (в), г—д —back-scattered electron image of basalts (г) and ultrapotassic rocks (д)

  
  

Т а б л и ц а 1

Химический (мае. %) состав пород

Table 1

Chemical (wt. %) composition of the rocks

№, обр	SiO 2	ТiO 2	Al 2 O 3	Fe 2 O 3	FeO	MnO	MgO	CaO	Na 2 O	K 2 O	P 2 O 5	ППП
Базальты поêрова
С6/10	50.64	1.89	12.24	3.81	8.13	0.20	6.86	10.14	2.04	0.43	0.15	0.68
			Дезинтеãрированные			базальты	промежóточной зоны
С5/10	44.58	2.47	19.36	9.70	0.85	0.11	4.64	3.38	1.10	2.04	0.20	12.31
С4а/10	51.34	2.92	23.05	4.32	0.25	0.44	2.18	1.47	0.42	2.88	0.24	11.05
С4/10	49.78	3.09	23.33	5.07	0.69	0.25	1.16	1.35	0.29	4.49	0.26	10.12
			Щелочные породы			подошвенной части поêрова
С3/10	53.06	2.54	18.36	6.73	0.25	0.13	1.87	0.79	0.32	10.84	0.21	4.34
13-5/11	51.64	1.56	18.36	5.50	0.36	0.07	3.99	1.28	0.28	9.07	0.18	6.8

Примечание. Химический состав определен методом количественного химического анализа (КХА) в ИГ Коми НЦ УрО РАН (г. Сыктывкар).

Note. The chemical composition was determined by quantitative chemical analysis (KHA) IG Komi Science Centre (Syktyvkar)

просматривается столбчатая отдельность — 10—12 м.

Порода (обр. С3/10), отобранная из подошвенной части покрова, светло-коричневого цвета, мелкозернистая, афировая. Под микроскопом наблюдается порфировая структура, вкрапленники сложены тонкими игольчатыми лейстами трудно диагностируемого салического минерала, основная масса представлена микролитами этого же минерала. Согласно микрозондовым исследованиям и данным рамановской спектроскопии, это калиевый полевый шпат, погруженный в матрицу калиевого же стекла [1]. По химическому составу рассматриваемые образования отличаются от остальных пород покрова. Содержание SiO2 составляет 53 мас. %, породы умеренно высокотитанистые, высокоглиноземистые, содержание оксида калия достигает 11 мас. %, что позволяет отнести изучаемые породы к щелочным (табл. 1).

Из щелочных салических минералов присутствует исключительно калиевый полевой шпат и калийсодержащее стекло. На всех диаграммах положение точек состава ано мальное. Содержание РЗЭ относительно базальтов высокое (табл. 2). Спектры распределения РЗЭ, нормированные на хондрит С1 [11], отличаются от спектров вышележащих базальтов (рис. 3, а), отмечается преобладание легких элементов над тяжелыми и слабо проявленный отрицательный европиевый минимум. На спайдерграммах (рис. 3, б), нормированных на N-MORB, вид спектра исследуемой породы также отличен от базальтов при общей схожести спектров, характерны высокие значения K, Rb и Ba. Аналогичная по-

Т а б л и ц а 2

Содержание редких и редкоземельных элементов (г/т)

T a b l e 2

Content of rare elements (g/t)

Эл-т	С3/10	С4а/10	С5/10	С6/10	Эл-т	С3/10	С4а/10	С5/10	С6/10
Li	7.30	7.45	10.46	0.63	Ba	521.11	210.46	174.21	92.17
Be	0.75	1.1	0.94	0.54	La	11.62	17.16	10.46	9.19
Sc	36.71	56.04	49.29	37.61	Ce	29.43	43.83	27.33	21.97
V	396.23	699.42	427.42	375.02	Pr	4.28	6.17	4.01	3.06
Cr	181.86	220.34	182.05	186.77	Nd	20.4	27.9	19.12	13.73
Co	66.42	97.35	64.85	50.73	Sm	5.53	7.3	5.65	3.5
Ni	76.99	89.84	137.69	94.54	Eu	1.26	1.65	1.51	1.19
Cu	116.75	93.51	146.54	75.5	Gd	6.3	7.71	6	3.99
Zn	178.05	168.97	150.29	104.48	Tb	1.04	1.26	0.97	0.66
Ga	24	19.47	16.91	10.38	Ho	1.14	1.39	1	0.87
Ge	6.87	4.75	10.08	9.53	Er	2.85	3.29	2.77	2.35
As	0.27	0.24	0.26	0.08	Tm	0.39	0.47	0.39	0.34
Rb	70.12	56.13	24.41	14.65	Yb	2.32	2.8	2.29	2.18
Sr	76.41	42.98	108.84	174.25	Lu	0.34	0.42	0.32	0.34
Y	26.82	35.5	30.29	29.49	La/Yb) N	3.37	4.13	3.08	2.85
Zr	164.56	186.03	176.29	111.6	Eu/Eu*	0.65	0.67	0.79	0.98
Nb	11.26	14.58	11.97	7.21	Hf	4.23	5.74	4.54	2.92
Mo	1.32	1.13	1.76	1.02	Ta	0.63	0.76	0.62	0.42
Ag	0.13	0.15	0.12	0.07	W	0.31	0.5	0.26	0.21
Cd	0.19	0.25	0.18	0.18	Re	0.01	0.01	0.01	0.01
In	0.12	0.15	0.12	0.08	Hg	0.02	0.03	0.02	0.02
Sn	2.11	2.36	2.06	1.49	Tl	0.32	0.89	0.15	0.11
Sb	0.65	1.36	0.69	0.03	Pb	31.01	1256.94	99.09	2.4
Te	0.13	0.15	0.1	0.09	Bi	0.02	0.03	0.02	0.01
I	0.34	0.37	0.38	0.33	Th	2.1	2.43	2.17	1.59
Cs	0.78	1.12	0.44	0.41	U	0.74	1.28	0.91	0.55

Примечание. Данные получены методом ICP MS в ЦКП «Геоаналитик», г. Екатеринбург.

Note. Data were obtained by ICP MS in NBI «Geoanalitik», Ekaterinburg.

Рис. 3. Графики распределения РЗЭ (а) и спайдер-диаграмма (б) в исследуемых базальтах: 1 — ультракалиевые породы нижней части покрова, 2 — измененные базальты, 3 — базальты, 4 — щелочные базальты Южного Тимана [13], 5 — нижняя кора [8]

Fig. 3. REE distribution Charts (a) and spider-diagram (б) of the studied basalts. 1 — ultrapotassic rocks of bottom of the cover 2 — altered basalts, 3 — basalts, 4 — alkaline basalts of South Timan [13], 5 — lower crust [8]

рода отобрана в базальтовом карьере (13-5/11), по ней также получены данные, подтверждающие схожесть с обр. С3/10 (табл. 1, 2, рис. 3).

По своему петрографическому составу и данным микрозондо-вого анализа порода не является базальтом, так как не содержит типичных минералов. На диаграмме TAS точки составов находятся в поле теф-рофонолитов или фонотефритов. Нормативно в них отсутствуют фельдшпатоиды и рассчитывается ортоклаз (Or 58—68 %). На диаграммах Харкера точки составов характеризуются такими же зависимостями, как и базальты покрова, при увеличении содержания MgO содержания Na2O и CaO увеличиваются, а содержания всех остальных петрогеных оксидов уменьшаются (тренды нередко пара-лелльны друг другу).

Породы (С4/10, С4а/10, С5/10) промежуточной зоны, расположен- 20

ные между породами подошвенной части и собственно базальтами покрова, представлены сыпучим материалом разной окраски (белой, бежевой и коричневой) — песком, сложенным обломками как базальта, так и его минералов. По своему химическому составу они также соответствуют базальтам (табл. 1). Наблюдаемые вариации химического состава в содержании оксидов (магния, кальция, калия) объясняются наличием обломков как базальтов, так и нижележащих щелочных пород, вариации в составе глинозема возникли благодаря процессам выветривания. Однако по своему геохимическому составу эти породы близки к щелочным породам подошвы покрова (рис. 3, а—б).

Вышезалегающие базальты (С6/10) — долериты, представленные полнокристаллической породой темно-серого цвета с зеленоватым оттен ком. Текстура массивная, структура порфировая, долеритовая. Под микроскопом наблюдается порфировая структура породы, обусловленная наличием вкрапленников плагиоклаза и пироксена, интерсертальная для основной массы. Вкрапленники плагиоклаза составляют 15—45 об. %, пироксена — 5—30 об. %; матрикс пла-гиоклаз-пироксеновый, рудный минерал — титаномагнетит (?), стекло (палагонит). Структуру породы формируют вкрапленники клинопироксена и плагиоклаза, располагающиеся как в форме единичных кристаллов, так и в виде скоплений, погруженных в микролитовый матрикс, сформированный мелкими лейстами плагиоклаза и близизометричными кристаллами пироксена. Плагиоклазы вкрапленников зональные, по химическому составу центральные части соответствуют лабрадору, а краевые — андезину. Незональный плагиоклаз основной массы представлен андезином [5]. Клинопироксены вкрапленников также зональные, центральные части представлены авгитом, а краевые — пижонитом. Клинопироксены основной массы представлены практически исключительно авгитом [4]. Вулканическое стекло составляет 7—30 об. % породы и слагает межзерновые промежутки между кристаллами плагиоклаза и пироксена. Рудный минерал занимает до 10 об. % породы, форма выделений различна: угловатая, неправильная, часты скелетные формы роста, выделения «елочкой» и другие, размер 0.3—0.5 мм. Микрозондовое изучение рудных минералов показало, что они неоднородны по строению, в них обычно наблюдаются структуры распада твердого раствора Fe-Ti-фаз. Микрофотографии и составы показывают, что магнетит и ильменит являются продуктами распада титаномагнетита [2]. Базальты нормально щелочного ряда [3], содержание кремнезема SiO2 — на уровне 50 мас. %, суммарное содержание Na2O + K2O составляет 2 мас. %. Базальты относятся к умеренно низкотитанистым, низкоглиноземистым. На диаграммах разделения известково-щелочных и толеитовых серий точки составов изученных базальтов лежат в поле толеитовых пород. Содержание РЗЭ элементов высокое (табл. 2), нормированные спектры РЗЭ имеют пологий наклон, без европиевой аномалии, и типичны для базальтов (рис. 3, а). Спектры на спайдерграммах близки и отличаются лишь более низким содержанием нормированных значений K и Rb (рис. 3, б). На диаграммах, использованных для реконструкции геоди-намических обстановок формирования, составы изученных нами базальтов попадают в разные поля, в основном соответствуя полям развития базальтов континентальных рифтов.

Выводы

В работах предшественников в приподошвенной части Верхневорыквинского покрова не было отмечено присутствия высокощелочных пород. Высокие содержания калия минералогически подтверждаются наличием исключительно калиевого полевого шпата (ортоклаза) и калиевого же стекла. Их наличие, а также отсутствие признаков замещения ими первичных минералов, на наш взгляд, не позволяет говорить о калиевом метасоматозе базальтов. С другой стороны, отсутствие типичных минералов плагиоклаза, пироксена, особенности химического состава не позволяют рассматривать их как щелочные базальты.

Возможный генезис подобных пород: 1) это первая порция базальтового расплава, обогащенного щелочами, из верхней части магматической камеры; 2) внедрение по зоне контакта более позднего расплава с отличным от базальтового более щелочным составом; 3) это породы (подошвенной) приконтакто-вой зоны, где происходит остекло-вание (обжиг), источник калия, возможно, подстилающие бокситы. По данным разных авторов, содержание оксида калия в бокситах Вежаю-Ворыквинского месторождения сильно варьирует и в основном находится на уровне 0.01—0.30 мас. %, но в ряде случаев может достигать 5 мас. %.

Авторы склоняются к варианту внедрения более позднего щелочного расплава по зоне контакта. Аналогичная порода, сложенная 90 %-м калиевым полевым шпатом (ортоклазом) дайка полнокристаллических сиенитов, известна в этом районе по данным бурения, а также вскрыта расчисткой в районе р. Верхняя Ворыква [12]. Сходные по описанию ультракалиевые породы (но фельдшпатоидные базальты с нормативными лейцитом и нефелином), сложенные гипидиоморфо- зернистыми вкрапленниками калиевого полевого шпата (псевдоморфозами ортоклаза по санидину), хлоритом и карбонатом, описаны в рвущем трубковом теле «Сидоровская диатрема» на Вольско-Вымской гряде (Средний Тиман) [7].

Работа проводится при частичном финансировании гранта РФФИ «13-05-00353».