1. Введение
Многолетняя история изучения Максютовского эклогит-глаукофансланцевого комплекса (МК) на Южном Урале и большой фактический материал, накопившийся за это время
[1][3][4][5][8][11][15][18][19][41],[25][29][32][37][40].
«Правило инициации субдукции» (ИС)
[56][57]
Апробация концепции «Правило инициации субдукции» проведена с учетом геодинамической
[42] [36]
В концепции ИС особое внимание уделяется составу исходного базитового расплава образующегося при формировании офиолитового комплекса, и хемостратиграфической последовательности его изменения, как одного из диагностических признаков ИС. В Максютовском комплексе эти вопросы специально не изучались, что создает определенные трудности в оценке этого важного критерия. В рамках данной работы авторы не ставили перед собой задачу дополнительных исследований изучения метабазитов офиолитовой части МК. Для апробации модели ИС достаточно было сопоставить имеющиеся геохимические данные по составу высокобарных пород из разных частей МК по широкому спектру химических элементов, чтобы оценить эволюционные тенденции изменения их состава в свете правил ИС. Высококачественные анализы мафитовых пород МК, выполненные в геоаналитической лаборатории университета штата Вашингтон
[32]
2. Геологическая позиция максютовского комплекса
Максютовский эклогит-глаукофансланцевый комплекс расположен в юго-восточной части западного склона Южного Урала в бассейне р. Сакмара и представляет собой меланжевый пояс метаморфитов, тектонически зажатый между преимущественно эдиакарийской толщей метатеригенных пород суванякской толщи на западе и меланжем зоны Главного Уральского разлома (ГУР) на востоке
(рис. 1). [2], [29], [41],
[1].
Существуют две точки зрения на проблему формирования Максютовского комплекса. По одной из них эклогиты МК образовались при интенсивном UHP метаморфизме 550–600 млн лет тому назад
[40][6][1][20].
Параметры эклогитового метаморфизма, судя по находкам в породах комплекса микровключений алмаза и коэсита
[23][40]. В данной работе мантийно-коровая природа происхождения алмаза показывает, что субдукционный проградный метаморфизм МК заканчиваются на глубине ~ 90–120 км в условиях Р < 3,2–3,
Геотектоническая карта Южного Урала, Россия
3. Материалы и методы исследований
[18][32][12].
Для детального исследования были выбраны наиболее изученные и информативные участки в южной части комплекса от д. Шубино на юге до бывшей деревни Караяново на севере
(рис. 2). [18].
Литолого-тектонические единицы Максютовского комплекса и участки опробования в южной части террейна
[47] [10].
Оценка состава на микрозонде занижает содержание натрия в минерале из-за его потери в процессе съемки, и фактически измеренный состав плагиоклаза не превышает трех единиц анортитового компонента. Эта погрешность, естественно, занижает оценку равновесного давления в Grt-Cpx-Pl-Qz ассоциации в пределах 0,1–0,2 ГПа. Но при относительном сравнении величин давления такие отклонения в составе плагиоклаза принципиального значения не имеют.
4. Результаты исследований
Максютовский комплекс считается уникальным объектом для тестирования и адаптации концепции ИС в качестве общей модели образования и развития субдукции коровых эклогитов. Основные критерии и признаки ИС в МК представлены
1. Время формирования HP-UHP канала субдукции МК, и его метаморфизма совпадает с появлением Магнитогорской внутриокеанической островной дуги в раннем девоне
[13][25],
2. Две основные структурно-литологические единицы террейна – нижняя эклогитовая и верхняя офиолитовая, объединены в единый структурно-литологический пакет комплекса
[41]
3. Геохимические данные по основным, редким и рассеянным элементам комплекса, в том числе высоко-зарядным (HFSE) и литофильным (LILE), в общих чертах фиксируют
4. Единым каналом субдукции высокого давления и эксгумации комплекса является сам МК
[13][29].
Однако, индивидуальные особенности комплекса, его геохимические, петрологические и геодинамические характеристики, осложняют восприятие правил ИС в роли общей схемы возникновения и развития субдукционных процессов. Даже «уникальные условия» Максютовского комплекса оставляют ряд спорных вопросов, связанных, скорее всего, с тектоникой орогена, чем с общими критериями ИС. Наиболее спорные и интересные из них рассмотрены и обсуждаются ниже. Они не затрагивают существа проблемы инициации субдукции, но дополняют полученные закономерности характерными чертами данного комплекса.
Новые геохимические данные о составе представительных образцов высокобарных пород МК
[32][35].
В координатах AFM эклогиты МК образуют
(рис. 3).
Диапазон составов эклогитов Максютовского комплекса, отображенный на диаграмме АСМ
[56].
Перечисленные особенности состава эклогитов МК и весьма близкие соотношения в изменении состава базальтов современных и зрелых субдукционных систем, подтверждают эволюционный тренд составов исходных мантийных расплавов
[56].
(рис. 4).
Дискриминационные диаграммы изученных образцов эклогитов Максютовского комплекса в разных координатах
(рис. 5), что
Вариационные диаграммы РЗЭ для изученных образцов эклогитов Максютовского комплекса (Fedkin et al., 2021)
- отсутствие аномалий Eu и Sr, на спайдер-диаграммах РЗЭ
(рис. 5)
- состав базальтов образует непрерывный эволюционный тренд от толеитового до известково-щелочного состава (рис. 3а);
- такая последовательность базальтовых серий является признаком эволюции состава в результате смены мантийных источников от N-MORB до OIB, соответственно;
- Nb-обогащенные базальты составляют более половины изученных образцов;
- соотношение обогащенных и деплетированных эклогитов составляет ~ 2:1;
Перечисленные данные определяют основные геохимические признаки хемостратиграфической последовательности состава метабазитов офиолитовой единицы комплекса и в концепции Правил ИС трактуются, как независимые и необходимые. Однако только два показателя из перечисленных
1. Для образования высокобарных пород МК требуется, по крайней мере,
2. Накопление такого разнообразного материала в одном комплексе требует длительного времени, в связи с чем, встает вопрос о времени начала субдукции и длительности
Вопрос о
[6], [29] и [1], с [20], [17] .
Важнейшей особенностью состава HP пород МК является
[46](рис. 6, 7)
Вклад субдукционной компоненты в высокобарных породах МК
в районе [16], [17],[13]
Во-вторых, естественно, с этим вопросом связана проблема происхождения Уральского океанического бассейна. Был ли он частью Центрально-Азиатского палеоокеана, или образовался в начале Палеозоя? От длительности существования Уральского океана (100 или более 100 млн лет) зависит не только роль и степень участия субдукционной компоненты в породах МК, но и длительность существования всего комплекса.
Вклад субдукционной компоненты в высокобарных породах МК определяется их составом по редким и рассеянным элементам в соответствии с модельными расчетами
[46]. [32]. [56].
Остается не ясным, была ли эта компонента в составе пород МК в начале субдукционного процесса или она связана c надсубдукционными изменениями океанической литосферы при формировании раннедевонского P-MORB хребта на Южном Урале в Ордовикское время
[17]. [28][9] (рис. 7).
Взаимодействие мантийного плюма OIB типа с деплетированной мантией MORB типа
[1], [3], [4]
С другой стороны. геохимические данные по составу редких и рассеянных элементов в породах комплекса показывают, что
При этом, снижение давления до 2.0 ГПа увеличивает степень частичного плавления от 5% в OIB источнике до 20% в области формирования N-MORB и E-MORB составов, где алмаз становится неустойчивым
.
[23]. [36] [34].
Тем не менее, если присутствие алмаза будет надежно доказано, то в этом случае параметры пикового метаморфизма должны достигать
[1], [3], [5], [32]. ) [44].
[18] (табл. 1, рис. 8).
Обобщенные РТ тренды проградно-ретроградных стадий (циклов) развития Максютовского эклогит-глаукофансланцевого комплекса
[18]. [31].
Временнόй разрыв между этапами метаморфизма обычно не превышает 20-25 млн лет. Между первым и вторым циклами он составляет ~ 150 млн лет. Этот перерыв маркирует важнейший рубеж в истории Максютовского комплекса – переход от режима субдукции к условиям эксгумации террейна, которые следуют один за другим в пределах общего восстановленного субдукционного канала МК (рис. 8).
Физико-химические условия формирования Максютовского комплекса
Практически все породы 1-го цикла обогащены высокозарядными (HFSE) элементами и содержат повышенное содержание ниобия, в то время, как эклогиты более низкого уровня метаморфизма имеют почти равные соотношения этих компонентов.
Статистическое соотношение проградных и ретроградных изменений в изученных образцах (4:1) показывает, что основным направлением эволюции комплекса был субдукционный процесс погружения с небольшой долей кратковременных возвратно-регрессивных трансформаций по ходу общего развития комплекса. Следы этих РТ колебаний записаны в составе зонального граната в парагенезисе Grt+Cpx+Pl+Qz в виде проградных треков отдельных образцов.
В совокупности проградные РТ тренды начальных этапов развития формируют обобщающий тренд субдукционного проградного погружения комплекса, который заканчивается финальным циклом 1 образования высокобарных пород (табл. 1, рис. 8).
Их древний возраст (519-533 млн лет) и максимальные параметры образования: Т до 790-910оMissing Mark : supС и Р до 3,3-3,5 ГПа
[18][3], [5].
По времени и Р-Т параметрам этот цикл фиксирует активный период эволюции комплекса – момент завершения процессов погружения и начала эксгумации террейна, определяя общую длительность всего ретроградного этапа – от раннего Палеозоя до Девона включительно. Подъем комплекса происходит, вероятно, по единому восстановленному каналу субдукции, вследствие чего термодинамические параметры погружения и подъема слэба, совмещаются, а их метки в составах сосуществующих фаз практически
[37].
Причины возникновения и развития цикличного возвратно-пульсационного метаморфизма остаются не совсем ясны. Возможны разные причины этого явления: скорость эксгумационного процесса, малая мощность поднимающейся пластины, ее флюидная насыщенность или высокая плавучесть пород
[21].[26][27].
5. Обсуждение результатов
[57] в прослоях и блоках вмещающих метаосадочных пород метасоматитов, [3], [15].
Предполагается, что на протяжении длительной истории формирования МК прошел разные стадии своего развития: состояние океанической коры, рифтогенез, коллизионные и субдукционные процессы, трансформацию океанической коры в континентальную, надсубдукционные изменения и т.п.
[29][41][48][13] [25].
Возраст начала субдукции МК точно не установлен и его логично было бы считать от первых значений возраста эклогитов – 600-550 млн лет
[40] или, точнее, от начала формирования МК [3]. С[52][39], ,(табл. 1)
Ультрамафитовые (Ol-En и En) включения этого возраста в кварцитосланцах нижней единицы
[14] [33].
Удивительно, что за столь короткое время
(рис. 3), (рис. 4),(рис. 5). Эти и (рис. 6 (рис. 7) , основные черты хемостратиграфической последовательности эволюции состава исходных пород комплекса в данной работе учтены и этот важный критерий ИС в определенной степени можно считать выполненым.
Примечательно, что
[21][29][41][55][37][51] [21] [1].
[1][3]
– 390 млн лет – время, принятое мнением большинства исследователей;
– 372-341 млн лет по данным
[3]
– 380-385 млн лет – наши данные (табл. 1, 3й этап), которые фиксируют максимальный возраст проградного HP метаморфизма.
В составе верхней единицы МК преобладают зеленокаменные породы и сланцы, породы древнего меланжа в основании, с антигоритовыми серпентинитами, Ca-эклогитами, лавсонитсодержащими породами
[2]
Среди метасоматитов и базитовых пород выделяются отдельные включения и блоки более раннего происхождения, чем возраст объединения верхней и нижней единиц в единый комплекс. К таким включениям относятся Grt-Cpx и Law-содержащие породы
с весьма редким парагенезисом [3]. .
Точно такой же возрастной интервал (471–444 млн лет) установлен при кристаллизации Law эклогита в
[15].
Более древний возраст коэситсодержащих пород
[1], [3].
Наиболее контрастное положение между эклогитовой и офиолитовой частями МК занимают экзотические метаультрамафиты (антигоритовые метагарцбургиты и метаортопироксенит), возникшие в результате высокобарного Si-Al метасоматоза при 630°С и 2,0 ГПа
[12]. Поскольку во вмещающих их эклогитах, гранат-слюдяных сланцах и кварцитах метасоматоз не установлен [29], считается, что Si-Al метасоматоз произошел в субдукционном канале до их тектонического совмещения с остальными коровыми породами. Авторы полагают, что эти [17].
История антигоритовых метаультрамафитов напоминает описанные выше [3] с антигоритовые метаультрамафиты являются представителями
Глубинные включения мафитовых и ультрамафитовых пород, высокобарных метасоматитов, лавсонитовых пород и эклогитов формировали облик Максютовского комплекса задолго до инициации его субдукции. В их числе оказались включения с алмазом и коэситом, а также мафитовые и ультрамафитовые минеральные ассоциации, выдвинутые на поверхность в составе мантийного плюма/клина. РТ условия проградного развития субдукции не достигали области стабильности алмаза и коэсита, вследствие чего статус их происхождения нельзя считать ультра высокобарным (UHP).
6. Заключение
Проведенные исследования по апробации концепции «Правила Инициации Субдукции»
[56][57]
– временное и пространственное сочетание образования эклогитов и офиолитовой части комплекса;
– основные черты хемостратиграфической последовательности; наличие восстановленного UP/UHP канала субдукции, отражены в породах МК достаточно четко, обосновывая и предлагая Правила ИС в качестве универсальной модели образования коровых эклогитов.
В процессе проведенных исследований на основе новых данных о химическом составе высокобарных пород комплекса
[32] [46]
1.
2. .
3. что по-новому освещает историю возникновения и развития Уральского океанического бассейна, значение надсубдукционных изменений океанической литосферы на Южном Урале в ордовикское время.
4. Впервые для МК определен интервал давления 3,5–1,5 ГПа мантийно-корового взаимодействия и магма-генерации в мантийном плюме (при Р<3,5 ГПа в OIB базальтах) и в деплетированной мантии при Р ≤ 1,5 ГПа при образовании Е-MORB и N-MORB расплавов.
Цикличный возвратно-пульсационный характер метаморфизма МК определяет статус UHP индекс минералов (алмаза и коэсита) в породах МК как захваченный мантийным плюмом при РТ параметрах выше предела их стабильности. Проградно-метаморфическая природа их происхождения не подтверждается, и ультра-высокобарный (UHP) уровень метаморфизма Максютовский комплекса нельзя считать достаточно обоснованным.