Минералы кремнезема как индикаторы импактного метаморфизма (Карская астроблема)

МИНЕРАЛЫ КРЕМНЕЗЕМА КАК ИНДИКАТОРЫ ИМПАКТНОГО МЕТАМОРФИЗМА (КАРСКАЯ АСТРОБЛЕМА]

Достопримечательными особенностями геологического строения п-ва Пай-Хой являются два крупные импактные кратера — Карский и Усть-Карский, образовавшиеся в области палеозойской складчатости при одновременном падении двух космических тел на рубеже мела—протерозоя (рис. 1). Современный диаметр Карской астроблемы составляет 60—65 км. Усть-Карский кратер скрыт под водами Карского моря, и лишь его незначительная юго-западная часть обнажается на побережье Байдарацкой губы; предполагаемый диаметр кратера около 25 км. Эволюция представлений о генезисе этих структур восходит от концепции мореных ледниковых конгломератов начала XX в. к вулканогенным брекчиям и туфобрекчи-ям 60-х гг. и, наконец, к метеоритному происхождению, после того как в 1971 г. В. Л. Масайтис в образцах из Карской структуры выявил признаки ударного метаморфизма [1].

Работа была ориентирована на выявление маркеров ударного метаморфизма в импактитах Карской астроблемы. Удобными объектами в этом отношении являются минеральные образования кремнезема, в которых хорошо фиксируются следы хрупких и пластических деформаций, перекристаллизация, термические воздействия и шоковые преобразования. Для изучения названных обособлений кремнезема производилась петрографическое изучение шлифов, рентгеноструктурная и ИК-фазовая диагностики, а также комбинационное рассеяние (КР).

Следы слабого и умеренного метаморфизма в кварце

В условиях слабых преобразований (давление не более 10 ГПа, постимпактная температура не превышала 100 °С по классификации Р. А. Ф. Грива [2]) развивается неправильная трещиноватость. При более интенсивных воздействиях (давление от 10 до 20 ГПа, постимпактная температура — 100—170 °С) широкое развитие преобретают планарные тре-

Выпускник СыктГУ Н. С. Тихомиров

щины и планарные деформационные элементы (ПДЭ). Подобные импактные воздействия наблюдались в сохранившихся фрагментах кварцевых прожилок в песчаниках нижней перми, обнаруженных в составе глыбовых брекчий коптогенного комплекса на юго-востоке Карской структуры, а также центрального поднятия. В шлифах кварц характеризуется наличием неправильной трещиноватости, а в

некоторых зернах —развитием систем ПДЭ, число которых достигает 3—5, что указывает на повышение стрессовых давлений от 20 до 35 ГПа, а постударных температур от 170 до 300 °С (рис. 2). По данным рентгеновской дифракции и ИКС, это существенно мономинеральный а-кварц, но с пониженным индексом кристалличности. В открытых трещинах присутствует новообразованный чешуйча-

е < • 1: и* «V

Рис. 1. Схематическая геологическая карта Карской и южной части Усть-Карской астроблем (без кайнозойских отложений), с дополнениями [1].

1—5 — цокольный комплекс: 1 — песчаники, алевролиты, аргиллиты, глинистые сланцы нижней перми, 2 — каменноугольные углисто-глинистые и углисто-кремнистые сланцы с прослоями известняков и линзами кремней, 3 — глинисто-кремнистые сланцы, кремни, известняки и кварцитовидные песчаники девона, 4 — глинисто-кремнистые, графито-кремнистые и известковис-тые сланцы, известняки ордовика и силура, 5 — позднедевонские долериты и габбро-долериты; 6—10 — коптогенный комплекс: 6 — псаммито-алевролитовые брекчии, 7 — лаппилиево-агломе-ратовые зювиты, 8 —глыбовые зювиты, 9 —глыбовые брекчии, мегабрекчии и клипеновые брекчии, 10 — тагамиты; 11 — аутигенные брекчии — катаклазированные породы цокольного комплекса; 12 — только для разреза: а — нерасчлененные отложения палеозоя, б — нерасчлененные отложения верхнего протерозоя; 13 — инъекционный комплекс — кластические дайки: а — единичные тела, б — группы тел; 14 — предполагаемые границы Усть-Карской астроблемы;

15 — разрывные нарушения: а — разломы, б — надвиги

Рис. 2. Умеренно импактно-метаморфи-зованный кварц (с/ан.): 2 — зерна новообразованного (перекристаллизованного) кварца с пластическими деформациями; 3 — зерна реликтового кварца с системой ПДЭ

тый халцедон и карбонатные зерна, хорошо заметные в шлифах.

Высокобарические продукты преобразования кварца

Интенсивно преобразованный кварц маркируется диаплектовым стеклом и коэситом (давление 35— 60 ГПа, постимпактные температуры 300—1200 °С). Импактные бомбы в зювитах, выполненные в основном полупрозрачным стекловатым кремнеземом с белыми оторочками, в большинстве случаев сохранили следы былого диаплектового состояния. Следы коэсита и свежих, нераскрис-таллизованных диаплектовых стекол выявлены в белых фарфоровидных обособлениях в массе полупрозрачного кремнезема. Коэсит формирует оторочки стекла, представляющие собой скопления сферических почкообразных агрегатов коэсита диаметром 30—50 мкм. Эти агрегаты можно разделить на два типа: первые — более мелкие в диаметре — полностью сложены коэситом, вторые — наиболее

крупные в центре (ядре) — имеют кварц-халцедоновую основу, а по их периферии развивается коэсит (рис. 3). Белые области в шлифе представлены диаплектовым кварцевым стеклом с включениями коричневого цвета почковидного коэсита (рис. 4), который фиксируется на рамановских спектрах полосами-максимумами на 117, 179, 270, 426, 521 см-1 (рис. 5). Присутствие коэсита легко диагностируется по сериям рефлексов на диф -рактограммах и узким линиям ИК-поглощения.

плавные излияния пород цокольного комплекса. Рентгенограмма и ИК-спектр таких образцов соответствует микрокристаллическому кварцу типа халцедона со средним значением индекса кристалличности. В шлифе (обр. Л15—93) основная масса сложена тонкозернистым халцедоном и зернами кварца. По зернам кварца и иногда халцедона развиты мелкие сфероиды и их скопления, изогнутые каналы. Они формируют «шариковую» текстуру материала (рис. 6), характерную для раскристаллизованных стекол плавления, лешательерита.

Помимо вышеописанных в шлифе присутствуют области, образующие крупные темные (коричнево-черные) пятна, состоящие из кварца и углеродистой фазы (рис. 7). В спектре КР образца выделяются полосы

Рис. 4. Кварцевое стекло с коэситом (б/ан.): 1 — халцедон; 2 — стекло с коэситом

Продукты плавления кварцсодержащих пород мишени

При еще более высоких температурах и давлениях происходит полное плавление всей породы. Подобные структуры встречены в обособлениях кремнезема в юго-восточной части Карской депрессии на берегу р. Ана-рага, вблизи р. Лавовый. Данные образования кремнезема встречены только в зоне развития специфических импактных горных пород — та-гамитов, представляющих собой рас-

Рис. 6. «Шариковая» текстура (обр. Л15-93) (а — б/ан.): 1 — халцедон; 2 — кварц

кварца, лежащие в интервале от 100 до 600 см-1, и линии углеродистой фазы, находящиеся в области 1100— 3400 см-1 (рис. 8). По особенностям спектра КР можно заключить, что углеродистая фаза является смесью аморфного и частично-упордоченно-го состояния вещества, сформирован-

Рис. 3. Почкообразные (сферические) агрегаты коэсита двух типов (б/ан.): 1 — халцедон; 2 — коэсит

Рис. 5. Рамановские спектры коэсита (А) и халцедона (Б), снятые с обр. Л3/1—93. Для сравнения приведен эталонный спектр коэсита

признаков соответствует наиболее высокопараметрической IV стадии ударного метаморфизма по Гриву, где давление составляло от 60 до 100 ГПа, постимпактная температура составляла 1200—2500 °С) и именно там, где есть совместные области развития кварца и графита, играющие роль первоначального субстрата.

Таким образом, в результате комплексных исследований материала им-пактитов Карской астроблемы выявлены индикаторные разновидности кварца и других модификаций кремнезема, представляющие основные стадии ударного метаморфизма пород мишени.

Литература

1. Импактные кратеры на рубеже мезозоя и кайнозоя / Под ред. В. Л. Ма-сайтиса. Л.: Наука, 1990. 258 с. 2. Алмазоносные импактиты Попигайской астроблемы. СПб.: ВСЕГЕИ, 1998. 179 с.

рамановский сдвиг, см'

Рис. 8. Рамановский спектр области развития кварца с углеродистой фазой образца Л15-93

Рис. 7. Участок шлифа Л15—93 (б/ан.): 1 — халцедон; 2 — кварц с углеродистой фазой; 3 — кальцит; 4 — кальцит, находящийся совместно с кварцем; 5 — области формирования карбида кремния

ного из графита в результате импакт-ного процесса и последующего плавления породы.

В шлифе также наблюдаются выделения кальцита в кремнеземном матриксе. Здесь обнаружены участки карбида кремния (ЗіС) в виде черных

пятен неправильной либо округлой формы (рис. 7) и отдельные мелкие (до 5 мкм) кристаллы муассанита (рис. 9, а). Фазовая принадлежность установлена методом КР (рис. 9, б). В данном случае сложно однозначно утверждать, что карбид кремния является природным образованием, так как при изготовлении шлифов используются шкурки (или шлифовальные камни) с нанесенным БЮ (карборунд — техническое название) в качестве абразивного материала. Поэтому некоторые кристаллы могут отрываться от первоначального материала и врезаться в основу шлифа. Но предположение о естественном формировании также нельзя отклонять, поскольку карбид кремния или муасса-нит (его синтез происходит при температурах, превышающих 1800 °С) был найден только в образце Л15—93 (который по ряду вышеизложенных

рммиоккии сдаиг. <н'

Рис. 9. Кристалл карбида кремния (обр. Л15-93) (а — изображение в отраженном свете) и его рамановский спектр (б). Для сравнения

приведен эталонный спектр муассанита