Динамический анализ ориентировки метаморфогенных минералов и его роль в решении проблемы происхождения кристаллизационной сланцеватости

ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

2012 Геология

Вып. 1

ГЕОТЕКТОНИКА И ГЕОДИНАМИКА

УДК 551.24

Динамический анализ ориентировки метаморфогенных минералов и его роль в решении проблемы происхождения кристаллизационной сланцеватости

А.С. Флаас

Пермский государственный национальный исследовательский политехнический университет. 614990, Пермь, Комсомольский пр., 29. E-mail: asflaas@yandex.ru

В Мамской кристаллической полосе Патомского нагорья на площади около 5000 км2 проведён стереогеометрический анализ массовых замеров плоскостной и линейной ориентировки кристаллов дистена и сланцеватости в целом, первичное положение которых было нарушено последующими тектоническими деформациями. Анализ позволил снять результаты наложенных деформаций и определить первичную ориентировку структурных элементов рассматриваемого парагенезиса, которая оказалась устойчивой на всей исследуемой площади. Реставрирована ориентировка поля палеонапряжений в период формирования сланцеватости и установлено, что сланцеватая анизотропия толщи сформировалась под воздействием устойчивого регионального стресса, ориентируясь по отношению к этому направлению под углом 45о на начальном этапе процесса.

Ключевые слова: стереогеометрический анализ, кристаллизационная сланцеватость, парагенезис, анизотропия, стресс.

Введение

Происхождение кристаллизационной сланцеватости в метаморфических комплексах амфиболитовой фации метаморфизма до настоящего времени не имеет удовлетворительного объяснения и трактуется чаще всего как результат ориентированного стресса, перпендикулярно которому располагаются плоскости пластинчатых минералов в процессе своего образования.

Однако с таким представлением не увязывается ориентировка метаморфоген-

ных пластинчатых минералов, имеющих чётко выраженную линейность. Это относится, прежде всего, к одному из широко распространённых минералов дистен-аль-мандин-мусковитовой субфации амфибо-литовой фации метаморфизма - дистену.

Для макроструктурных исследований дистен является наиболее доступным и удобным минералом, поскольку часто представлен достаточно крупными кристаллами, что позволяет в полевых условиях производить необходимые для структурного и динамического анализов массовые замеры пространственной ориенти-

© Флаас А.С., 2012

ровки кристаллографических параметров дистена.

В качестве основного инструмента анализа использовалась стереографическая сетка Вульфа.

Стереогеометрический анализ ориентировки дистена

Динамический анализ кристаллографических характеристик дистена может внести существенные коррективы в существующие представления о генезисе кристаллизационной сланцеватости. Однако проведение динамического анализа и реставрации поля палеонапряжений в период образования дистена усложняется тем, что в Мамской кристаллической полосе Патомского нагорья более поздние деформации толщи в значительной степени исказили первичную ориентировку сланцеватой анизотропии и всего синметаморфи-ческого структурного парагенезиса [1, б]. В такой ситуации динамический анализ не может отразить характер тектонической обстановки без предварительной реставрации первичной ориентировки кристаллографических характеристик дистена.

Для того чтобы «снять» влияние этих деформаций и установить первичное положение в пространстве кристаллизационной сланцеватости в целом и кристаллов дистена в частности, был проведён стереогеометрический анализ.

Для выяснения закономерностей структурных изменений, обусловленных наложенными тектоническими процессами, проанализировано 342 складки, деформирующих сланцеватую анизотропию, и построено 280 стереограмм по более чем 15 000 замеров линейной и плоскостной ориентировки кристаллов дистена.

Стереогеометрический анализ показал, что в результате наложенных деформаций более ранние структурные элементы претерпели, в большинстве своём, пассивную ротацию. В частности было установлено, что сланцеватость и синхронные с ней мелкие асимметричные складки были деформированы в цилиндрические и конические антиформные и синформные

структуры различных размеров. Массовые замеры ориентировки дистена, вынесенные на сетку Вульфа, свидетельствуют о закономерном рассеивании его плоскостной и линейной ориентировки по дугам больших и малых кругов, что также является следствием его механической ротации, обусловленной деформацией, наложенной на первичную ориентировку. Такая закономерность наблюдается не только в тех случаях, когда положение кристаллов дистена фиксируется вдоль складчатых изгибов общей плоскостной анизотропии толщи, но и в однородных по составу дистенсодержащих пластах значительной мощности, имеющих выдержанные элементы залегания на протяжении сотен метров.

При рассеивании проекций полюсов плоскостей (100) по дугам большого круга ориентировка проекций линейности обычно контролируется дугами малого круга. Разворот происходит вокруг общей оси вращения Ь2. Реже встречаются примеры, когда проекции [001] образуют максимум, совпадающий с осью вращения (коаксиальная деформация). В случае, если плоскостная ориентировка дистена подчинена малому кругу, его линейность образует на диаграмме более сложный рисунок, контролируемый каким-либо отрезком одной из расчетных кривых [3,4]. Достаточно редко встречаются примеры, когда и линейность, и плоскостная ориентировка образуют максимумы, отстоящие друг от друга на 90о. Обращает на себя внимание непостоянство ориентировки осей Ь2, вокруг которых происходило вращение кристаллов дистена.

Возможность решения задачи по определению первичной ориентировки дистена в пределах Мамской кристаллической полосы (северо-восточная наиболее детально изученная часть площадью около 5000 км2) базируется на следующих предпосылках:

1. При рассеивании проекций

полюсов и линейной ориентировки дистена наблюдается достаточно четкий контроль этих элементов взаимосвязанны-

ми траекториями разворота, подчиненными на каждой отдельно взятой диаграмме определенной оси вращения.

2. В тех случаях, когда проек-

ции полюсов (100) дистена контролируются дугами большого круга, а проекции [001] не претерпели разворота, их максимумы на различных диаграммах имеют очень близкую ориентировку независимо от расстояния между пунктами массовых замеров.

Согласно геометрическим законам, эти данные свидетельствуют о том, что в каждом пункте наблюдения до наложенной деформации кристаллы дистена могли иметь только упорядоченную однотипную плоскостную (параллельную общей ориентировке сланцеватой анизотропии) и линейную ориентировку. При коаксиальной деформации линейность дистена сохранила свое первичное пространственное положение. Во всяком случае она могла изменить свою ориентировку лишь при еще более поздних шарнирных блоковых подвижках, если таковые имели место.

На каждой траектории разворота проекций линейного или плоскостного элемента обязательно существует неизвестная нам точка, отвечающая проекции первичной ориентировки дистена. Естественно предположить, что в пределах небольшого по размерам структурно-гомогенного домена первичная ориентировка дистена была достаточно выдержанной и на различных диаграммах, независимо от положения оси вращения и характера траекторий рассеивания проекций его линейной ориентировки и полюсов плоскостей (100), эти точки должны иметь достаточно близкую ориентировку.

Для восстановления первичной пространственной ориентировки дистена по каждому домену были составлены сводные диаграммы, на которые наносились все дуги рассеивания проекций линейности и аналогичные диаграммы - для проекций полюсов.

На рис. 1 представлен пример диаграммы по Витимскому месторождению, показывающий, что точки пересечения дуг

действительно образуют компактные максимумы, расположенные под углом 90о друг к другу и характеризующие, очевидно, пространственную ориентировку дистена до наложенной деформации. Дополнительным подтверждением этого является тот факт, что на диаграммах с коаксиальной деформацией дистена максимум проекций его линейности также совпадает с полученным максимумом пересечения дуг [001]. Аналогичные операции были проведены и в пределах других структурно-гомогенных доменов.

Рис. 1. Определение первичной ориентировки дистена по пересечению дуг рассеивания

Общие результаты анализа сводятся к следующему. В районе Слюдянкинского месторождения первичная ориентировка линейности дистена имела азимут погружения 80 - 90о при угле наклона 15 - 25о. В 25 км к северо-востоку, на площади Лу-говского месторождения ее ориентировка имела азимут погружения 90о и угол наклона 25о. В северной части Максими-хинского месторождения, расположенного еще на 60 км северо-восточнее, азимут погружения линейности 90о, угол наклона 20 - 30о. Близкие к отмеченным в этих районах данные по ориентировке дистена получены также в бассейне р. Анангры, в районе Оленьих островов на р. Витиме и

на других участках северо-восточной части Мамской кристаллической полосы.

Результаты геометрического анализа позволяют сделать весьма важный вывод: первичная линейная и плоскостная ориентировка дистена была выдержанной на всей исследуемой площади.

На общей сводной диаграмме статистически усредненная первичная ориентировка линейности дистена имеет азимут погружения 95о и угол наклона 25о, а плоскостная - азимут падения 120°, угол 30о (см. рис.3).

Максимум пересечения дуг разворота сланцеватости совпадает с ориентировкой (001) дистена, что подтверждает принадлежность этих структурных форм к общему парагенезису.

Динамический анализ ориентировки дистеиа

Динамическими направлениями в кристалле дистена являются:

1) плоскость (100) - плоскость скольжения Р ;

2) удлинение [001] - линия скольжения при трансляции Ь;

3) перпендикуляр к [001] в плоскости (100) - ось внутреннего вращения при трансляции ^ .

Рис. 2. Ориентировка динамических направлений в кристалле дистена

На основании установленных данных по первичной ориентировке дистена может быть проведен динамический анализ по методике А.Н. Казакова, разработанной для индивидуальных кристаллов [2].

Через проекции [001] и (100) установленной первичной ориентировки дистена проводится след плоскости, в которой, согласно теоретическим положениям, расположены динамические направления С и Т.

По ориентировке максимума проекций полюсов (100) наносится след плоскости скольжения Р и плоскости, перпендикулярной [001]. Линия их пересечения соответствует положению оси вращения К,. По известной ориентировке этих трех направлений ось сжатия С и ось растяжения Т определяются как линии, расположенные в плоскости, перпендикулярной под углом 45о к линии скольжения L и плоскости скольжения Р. Поскольку ось вращения ^ для дистена билатеральна, по его ориентировке мы не можем без привлечения дополнительных данных дать однозначный ответ на вопрос о том, какое из двух основных определяемых динамических направлений соответствует оси сжатия С, а какое является осью растяжения Т. Эти данные можно получить на основании определения полярности оси вращения по косвенным признакам:

1) рисунок асимметричных складок, образованных синхронно с дистеном.

2) рисунок вращения гранатов в процессе их роста;

3) «ступенчатость» [001] в кристаллах дистена;

Рис.3. Первичная ориентировка кристаллографических элементов дистена с интерпретацией поля напряжений в период его образования

Мелкие асимметричные тесно сжатые складки с острыми замками в дистен-

содержащих породах встречаются как в виде единичных образований, так и в виде систем набегающих друг на друга «че-шуй». Максимальная амплитуда наблюдается в наиболее выпуклой части «чешуи» и постепенно сходит на «нет» в обе стороны по простиранию шарнира. В длинных крыльях складок сланцеватость субпарал-лельна слоистой анизотропии, а в коротких она является отчетливо секущей.

Рис. 4. Асимметричные складки и их соотношение со сланцеватостью и ориентировкой кристаллов дистена

Линейная ориентировка дистена имеет выдержанный характер и не зависит от изгиба шарниров. На диаграмме ее проекции образуют четкий максимум, расположенный на следе плоскости сланцеватости. Эти данные являются свидетельством тесного генетического единства всего комплекса рассматриваемых структурных элементов.

Независимо от положения в общей структуре асимметричные складки указывают на однонаправленный характер относительных дифференциальных подвижек внутри толщи (рис. 4). Их генетическое единство с формированием сланцеватой анизотропии позволяет однозначно определить направление вращения оси /?, в период кристаллизации дистена.

При отсутствии наблюдений за взаимоотношениями ориентировок кристаллов дистена с сингенетичными склачатыми формами направление вращения оси может быть определено по другим косвенным признакам. В частности, хорошим указателем направления относительных синкристаллизационных дифференциальных движений в толще с хорошо развитой сланцеватостью являются структуры

«снежного кома» или S-образные структуры, встречающиеся в гранатах. Нередко их можно наблюдать макроскопически.

Рис. 5. Определение полярности оси вращения по гранату

На исследуемой площади было встречено несколько таких примеров на Лу-говском и Максимихинском месторождениях (см. рис. 5). Отмечается идентичность рисунка вращения гранатов в процессе их роста, что позволяет однозначно установить направление относительных дифференциальных подвижек вдоль плоскостей кристаллизационной сланцеватости и конкретизировать ориентировку главных динамических направлений С и Т.

Третьим индикатором полярности оси вращения могут быть и сами кристаллы дистена, в которых встречаются ступенчатые грани [001], что обусловлено, очевидно, относительным смещением отдельных пластинок кристалла вдоль его удлинения по плоскостям спайности (100) в соответствии с ориентировкой главных динамических направлений (см. рис.6).

Рис.6. Определение полярности оси вращения по «ступенчатости» в кристаллах дистена

Сопоставление этих наблюдений с характером структур «снежного кома» в гранатах даёт в Мамской кристаллической полосе идентичную картину относительных дифференциальных подвижек по

восстанию первичной ориентировки [001] дистена, что позволяет однозначно определить направление вращения оси Ri и ориентировку осей С и Т. На основании изложенного материала региональное поле палеонапряжений в северо-вос-точ-ной части Мамской кристаллической полосы на данном этапе структурно-метаморфической эволюции - в период кристаллизации дистена и формирования сланцеватой анизотропии толщи - характеризовалось следующей ориентировкой динамических направлений: ось сжатия С - аз. пад. 280о, X 15о; ось растяжения Т -аз. пад. 80о, X 65о; плоскость скольжения Р - аз. пад. 120о, X 30о; линия скольжения L - аз. пад. 95о, X 25о; ось вращения Ri -аз. пад. 190о, X 10о.

Выводы

Результаты динамического анализа массовых замеров ориентировки дистена, изучение асимметричных складок, синге-нетичных с образованием кристаллизационной сланцеватости, анализ структур вращения в порфиробластах граната и других природных датчиков необходимой

Библиографический список

1. Казаков А.Н. Деформации и наложенная складчатость в метаморфических комплексах. Л.: «Наука», 1976. 238с.

2. Казаков А.Н. Динамический анализ ми-кроструктурных ориентировок минералов. Л.: Изд-во «Наука», 1987. 272 с.

3. Флаас А.С. Структурные исследования в складчатых регионах: учеб. пособие. Ч. 2. Стереогеометрический анализ и динамическая интерпретация ориентировок ма-кроструктурных тектонических элементов

информации позволяют сделать выводы, проливающие свет на некоторые спорные и нерешенные проблемы структурной геологии рассматриваемого региона и, вероятно, всех комплексов, метаморфизован-ных в дистен-альмандин-мускови-товой субфации.

1. Деформационный процесс в условиях дистен-альмандин-мусковитовой субфации амфиболитовой фации метаморфизма может быть охарактеризован как пластическое синкристаллизационное дифференциальное течение материала в режиме простого сдвига.

2. Сланцеватая анизотропия толщи формируется под воздействием устойчивого регионального стресса, ориентируясь по отношению к этому направлению на начальном этапе процесса под углом 45о (в идеальном случае) с постепенным уменьшением этого угла по мере увеличения интенсивности пластического течения материала.

3. Складки синметаморфического этапа структурной эволюции не являются по своей природе складками изгиба, а скорее могут быть условно отнесены к формам «пластического сдвига».

Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун - та, 1998. 72 с.

4. Флаас А.С. Геометрические принципы выделения этапов деформации в сложно дислоцированных комплексах // Принципы и методы изучения структурной эволюции метаморфических комплексов. Л.: «Наука», 1978. С. 98 - 111.

5. Флаас А.С. Геотектоника (методические приёмы палеотектонического анализа): учеб. пособие. Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2008. 197 с.

6. Тохтуев Г.В., Флаас А.С. Кинкбанды (полосы изгиба-излома), их структурное и рудоконтролирующее значение. Киев: Изд-во ИГФМ АН УССР, 1978. 65 с.

The Dynamic Analysis of Metamorphic Minerals Orientation and its Role in Solution of Problem of Crystallizing Shaly Lamination Origin

A.S. Flaas

Perm State National Researching Polytechnic University. 614990, Perm, Komsomolski av., 29. E-mail: asflaas@yandex.ru

Stereogeometrical analysis of mass gauging of plane and linear orientation of kyanite crystals and schistosity in the Mamsky crystal strip of Patomsky uplands is fulfilled. Primary position of their orientation has been broken by the subsequent tectonic deformations. The analysis has allowed to remove the results of the imposed deformations and to define primary orientation of structural elements of considered paragenesis.

Keywords: the stereogeometrical analysis, paragenesis, anisotropy, stress.

Рецензент - кандидат геолого-минералогических наук А.С. Сунцев