Ü В оглавление сборника, посвященного 45-летию ЦКЭ МГУ

Е.Ф. Бурштейн, И.А. Кошелева, Ал.В. Тевелев

Ультракалиевые вулканиты (УКВ) - нормальные или умеренно-щелочные породы с аномально высокими содержаниями К и низкими Na. Среди них преобладают ультракалиевые риолиты и близкие к ним кислые и субщелочные породы (УКР), реже встречаются андезиты и базальтоиды. Общепринятой номенклатуры подобных пород не существует. Используя наиболее часто употребляемые наименования, мы относим к ультракалиевым кислые породы с K2O > 5% при отношении K2O/Na2O > 3. При выделении УКВ среднего и основного состава учитывается иная "норма" этих компонентов.

Данные о существовании УКВ в Центральном Казахстане появились в 1950-е годы и были в дальнейшем значительно расширены (Е.В. Альперович, М.К. Бахтеев, А.Л. Бурмак, Е.Ф. Бурштейн, Ю.А. Васюков, А.Б. Веймарн, И.В. Глухан, В.А. Голубовский, В.Н. Завражнов, В.И. Капсамун, И.А. Кошелева, Ю.И. Лялин, К.М. Муканов, Н.П. Остробородько, Е.В. Рыбалтовский, И.М. Сорокина, А.В. Тевелев, А.П. Урываева, И.З. Филиппович и др.). В 1970-1980-х гг. появились публикации об УКВ различных регионов [35, 5, 30], в том числе по Казахстану [15, 22 и др.], затем – обобщения по УКР Центрального Казахстана [3, 4], главным образом, для девонского вулканического пояса, и публикации по другим районам [31, 32, 8, 10 и др.].

М.К. Бахтеев и др. [3, 4] подчеркивают приуроченность УКВ к вулканическим поясам – ранне-среднедевонскому и в значительно меньшей степени – к позднепалеозойскому. Между тем УКВ наиболее развиты между этими поясами (рис. 1), на территории, относимой к области тельбесской стабилизации [18], или ранних герцинид, с гранитно-метаморфическим слоем, сформированным в позднем девоне [34]. Об этом свидетельствует обширный накопленный материал, однако в сводных работах об УКВ, как правило, не упоминается [12, 13, 14, 11, 26, 36 и др.]. УКВ встречаются здесь в осадочно-вулканогенной серии позднедевонского возраста, рассматриваемой в составе единого девонского вулканического пояса [17] или как самостоятельный позднедевонский пояс [36].

Во многих районах эти вопросы дискуссионны, в особенности для УКР. Установлено, что в области ранне-среднедевонского вулканического пояса они встречаются редко в нижнем девоне, чаще – в среднем, и достигают максимума в верхнем, главным образом, в области сочленения широтного и юго-западного отрезков пояса, где имеют франский и раннефаменский возраст [3, 4, 10]. На юго-западном отрезке вулканического пояса (район Сортуза) геологами МГУ выявлено развитие УКР в толще, перекрывающей аналоги красноцветной жаксыконской серии живетского – франского ярусов и перекрытой нижним турне. Возраст УКР, таким образом, – поздний девон. Позднедевонский кислый вулканизм – свидетельство проявления тельбесских движений на отдельных участках ранне-среднедевонского вулканического пояса.

Менее достоверны оценки возраста рвущих тел при отсутствии аналогичных покровных фаций. Возраст УКВ в "тельбесской" области долгое время был спорным: диапазон оценок – от девона до перми. Дискуссионна зачастую и их фациальная принадлежность: так, Е.В. Пучков и др. [31, 32 и др.] выделяют УКВ этой площади в особую формацию субвулканических и гипабиссальных интрузий; десятилетиями длится спор о покровном или, напротив, рвущем характере рудовмещающих УКР месторождения Алайгыр и т. д.

Геологический возраст толщи определен на нескольких участках. В детально изученном Алайгырском вулканическом центре дифференцированная наземная вулканогенная толща с преобладанием УКР перекрывается с размывом прибрежно-морской (отчасти умеренных глубин) вулканогенно-осадочной с конодонтами, принадлежащими зонам Scaphygnathus velifer, Polygnathus styriacus и Bispathodus costatus верхней части фамена (определения Т.Н. Воронцовой [20]). Присутствие в последней, наряду с характерными глинисто-карбонатными фациями, ультракалиевых туфов и лав, свидетельствует о повторных вспышках УК-вулканизма. Трещинное тело калиевых риолитов горы Каражал по геологическим соотношениям — последевонское (ранний или средний карбон) [9]. Наследование высокой калийности франских вулканитов фаменскими и – с некоторым снижением – позднепалеозойскими (что для последних не характерно) противоречит привычным схемам последовательности формаций, отвечающих различным геотектоническим режимам, и может быть отнесено к числу особенностей, свойственных долгоживущим вулканическим центрам в зонах глубинных разломов.

Восточнее, на участке Акшабай верхи риолитовой толщи перекрыты известняками с конодонтами верхнего фамена, а западнее, у горы Жакежал - существенно осадочной толщей с раннефаменскими брахиоподами [8]. Аналогичные соотношения известны и в ряде других мест. Характерны также значительно более крутые, чем у PZ3, углы падения риолитовой толщи – от 30° до вертикальных и опрокинутых, а также контакты, хотя и тектонические, с верхним фаменом или нижним турне. И.В. Глухан (1980 г.) для ряда участков Успенской зоны, где эти породы отнесены к керегетасской свите С2, показал их петрохимическую и геохимическую общность с позднедевонскими вулканитами. Таким образом, возраст УКР Успенской зоны – франский ярус и возможно низы фамена. На вероятную принадлежность верхов свиты к нижнему фамену указывали также В.Д. Вознесенский (1961 г.) для Ортауской синклинали и М.В. Мартынова (1982 г.) – для Тастауской. Изотопный состав свинца акцессорных цирконов из УКР также соответствует позднему девону [32].

Для позднепалеозойского вулканического пояса УКВ не характерны, о чем свидетельствует обширный петрохимический материал [2, 21, 25, 26, 24 и др.]. Отдельные тела УКР этого возраста, однако, встречаются. Так, Е.Б. Яковлева (1964 г.) отмечала субвулканические тела УКР среди верхнего палеозоя зоны Центрально-Казахстанского разлома. Калиевыми риолитами, близкими по составу к УКР, сложено упомянутое выше тело горы Каражал. На месторождении Уралбай метасоматически измененные риолиты севернее рудной зоны неоднократно включались в разрез среднего-верхнего девона, пока В.С. Малаховым (1973 г.) не был установлен их рвущий характер. Это протяженное (до 20 км), местами ветвящееся трещинное тело пересекает фамен, нижний турне и калмакэмельскую свиту С2 (рис. 2). При прослеживании Уралбайской дайки к югу вблизи месторождения нами были выявлены неизмененные породы, по составу принадлежащие к УКР (K2O/Na2O от 2,3 до 7,8).

Калиевые и УКВ присутствуют и в доорогенных базальтоидных сериях, где они еще слабо изучены. Так, в нижнепалеозойских базальтоидах Центрального Казахстана кластерный анализ выявил группу пород с SiO2=53,89% и K2O/Na2O = 2,3 [27].

Авторами получены предварительные данные о доорогенном калиевом вулканизме в Восточно-Магнитогорском синклинории, где практически недифференцированная базальтовая серия Шелудивых гор (франский ярус) с низким коэффициентом железистости, то есть более глубинная, содержит ультракалиевые разности с K2O/Na2O до 8. Аналогичные породы в ряде районов Южного Урала изучаются в связи с проблемой их алмазоносности.

УКР различного возраста принадлежат, большей частью, к "флюид-порфирам" – продуктам излияний высокоподвижных пересыщенных летучими лав; у них нередки игнимбритовые и игнимбритоподобные, сферолоидные текстуры и т.п. [37]. Для петрохимической характеристики девонских УКВ использовано более 450 силикатных анализов, в основном собственных, по Успенской и Аксоран-Акжальской зонам смятия и прилегающим площадям, по районам Сортуз в Северо-Западном Прибалхашье, а также Шелудивых гор на Южном Урале. Для правильной интерпретации данных в опробованных разрезах учтены также "нормальные" вулканиты.

На бинарных петрохимических диаграммах (рис. 3) выявляются три типа районов с УКВ. В Успенской зоне и прилегающих с юга мульдах (включая участок Балажилан) опробованы только континентальные вулканиты. Несмотря на существенный разброс параметров они составляют единые дифференцированные серии, что видно на диаграммах всех типов. Породы, начиная с андезибазальтов, имеют повышенное отношение K2O/Na2O, постепенно возрастающее до 10 – 20 в риолитах. В вулканитах Акжал-Аксоранской зоны и Сортуза, расположенных по периферии древних массивов с докембрийским основанием, по K2O/Na2O четко обособляются калинатровые и УКВ. В первых это отношение близко к 1, во вторых — резко возрастает. Соотношение K2O/Na2O растет с увеличением кислотности, но у калинатровых вулканитов оно превышает 1 лишь в кислых породах, а в группе УКВ даже в базальтоидах составляет 4-5, возрастая в кислых до 10 и более. Более низкий коэффициент железистости калинатровых вулканитов может свидетельствовать о большей глубинности их происхождения. Хотя континентальные вулканиты эпительбесского орогенного чехла объединены с морскими Аксоран-Акжальской зоны, они образуют единые поля, обнаруживая петрохимическую общность и в равной степени подразделяясь по калинатровому отношению. Это дает основание говорить о двух дифференцированных сериях, одна из которых ультракалиевая. Существенных различий в содержаниях малых элементов между УКР и "нормальными" кислыми вулканитами не установлено; все они принадлежат к ярко выраженному литофильному геохимическому типу.

Многие геологи оспаривают первично-магматическое происхождение УКВ, считая их продуктами калиевого метасоматоза "нормальных" вулканитов, поскольку калишпат, почти не содержащий Na2O, известен в метасоматических породах (см., напр., [38]), в то время как заметное количество Na2O в магматических калинатровых полевых шпатах препятствует появлению пород с очень высоким K2O/Na2O. Оценки содержаний Na2O в минералах варьируют от первых процентов до 10 - 15 % и более (ср. данные Н. Боуэна и О. Таттла, Э. Спенсера, Ю. Голдсмита и др. [28]). Известно, однако, что в кайнотипных кислых лавах калишпат обычно представлен санидином, соотношение K2O/Na2O в котором может достигать 7:1 [16]. В палеотипных лавах санидин преобразуется в ортоклаз и микроклин, наследующие его химизм.

Вопросы генезиса палеотипных УКР освещались Э.Д. Фромбергом, Г.Д. Ботряковым, В.В. Потапьевым и др. Установлено, в частности, что Na УК-игнимбритов Средней Азии сосредоточен во вкрапленниках [29]. Изучение минералов и газово-жидких включений в мезозойских УКР Сихотэ-Алиня показало возрастание содержаний K и F в позднемагматических флюидах; при экспериментальном плавлении "нормального" игнимбрита с добавлением гиератита (K2SiF6) были получены стекла, по составу аналогичные природным УКР [5].

Для УКР Центрального Казахстана ряд геологических и петрографических признаков свидетельствует об их первичности: 1) вкрапленники олигоклаза не затронуты калишпатизацией; 2) к УКР принадлежат генетически сопряженные покровные, субвулканические и жерловые фации, а также туфы; 3) отдельные покровы УКР протягиваются до 30 км, сохраняя особенности химизма; 4) УКР развиты на определенных стратиграфических уровнях; 5) в Успенской зоне они содержат флюоритовую минерализацию и повышенные содержания S и CO2 (Н.П. Остробородько, 1987 г.). Это позволяет предположить, что в условиях высокой газо- и водонасыщенности остаточной магмы, близких к гидротермальным, мог образовываться калишпат основной массы, практически лишенный Na, выносимого флюидами. Необходимыми предпосылками формирования УКР служили привнос K, а также F и возможно других летучих в очаги вулканизма. Это, по-видимому, относится и к базальтоидам.

Приуроченность основной массы девонских УКВ к главным зонам посттельбесских дислокаций подчеркивается, как правило, более крутыми углами падения вмещающих их толщ в отличие от залегания последних в мульдах, где УКВ развиты слабее или отсутствуют. Позднепалеозойские тела УКВ также приурочены к региональным зонам разломов (Центрально-Казахстанской, Уралбайской, Успенской).

Вопрос о металлогеническом значении УК-вулканизма и его продуктов недостаточно разработан. К телам УКР в ряде регионов приурочены месторождения Pb, Zn, Sn, флюорита и других полезных ископаемых [5, 31, 35]. Обычно их связывают – генетически или парагенетически – с телами УКВ или их глубинными очагами. Материал по Центральному Казахстану не позволяет трактовать эти связи упрощенно. Типично литофильная геохимическая специализация девонских УКР определяет состав парагенетически связанной с ними минерализации (TR, Y, Zr, U, Bi, CaF2), рассеянной или образующей мелкие концентрации. Пространственно связанные с девонскими УКР руды Pb, Zn, Cu образовались значительно позднее.

На Алайгырском свинцоворудном поле, где приуроченность оруденения к УКР часто рассматривают как отражение тесной генетической или парагенетической связи [31, 32, 1], нами было показано [9], что верхний предел возраста рудовмещающих риолитовых игнимбритов – фамен. В то же время возраст оруденения по совокупности структурно-геологических данных [6, 7] и абсолютной геохронометрии [33, 32, 27]. оценивается в интервале карбон – ранняя пермь. Таким образом, непосредственная связь с УКР исключается.

Генетической модели формирования руд за счет свинца, вынесенного гидротермами из вмещающих УКР, а также из известняков верхнего фамена [32 и др.] противоречат, с одной стороны, нормальное фоновое содержание свинца в УКР (0,002 - 0,003 %) при локальности околорудного метасоматоза, с другой - общность изотопных характеристик рудного свинца в УКР и в известняках, приводимых этими авторами и отвечающих более молодому возрасту оруденения. Формирование рудных тел с концентрацией свинца на 3 порядка выше фона потребовало бы выщелачивания огромных объемов пород, что нереально [7].

Теснее связаны руды и УКР на Ba-Pb-Zn месторождении Уралбай в карбонатно-терригенной пачке основания вулканогенного франа вблизи контакта с секущим телом позднепалеозойских УКР, частично захваченным околорудным метасоматозом и содержащим небольшие рудные тела и вкрапленность сульфидов (рис. 2). Характерны повышенные содержания Pb, Zn и Cu в неизмененных УКР вдали от месторождения, что отличает их от девонских УКР на других объектах. Здесь вероятны близость во времени и общность магмо- и рудоподводящих путей.

1. Алексеев В.А. Полиметаллическое оруденение верхнепалеозойского экструзивно-субвулканического комплекса Центрального Казахстана (на примере месторождения Алаайгыр). // В сб.: Казахстанское петрограф. совещ., г. Усть-Каменогорск. (Тезисы докладов). Алма-Ата: Наука, 1984.

2. Бахтеев М.К. Палеозойские орогенные вулкано-плутонические пояса. // М.: Недра, 1987. 168 с.

3. Бахтеев М.К., Потапьев В.В., Сорокина И.М., Фромберг Э.Д. Формация калиевых риолитов в палеозоидах Средней Азии, Казахстана, Алтая. // Сов. геология, 1986, № 1, с.103-109.

4. Бахтеев М.К., Ряховский В.М., Абрамов А.В. Статистические закономерности изменения состава вулканитов Казахстанского девонского вулкано-плутонического пояса. // Бюлл. МОИП, отд. геол., 1987, № 2, с. 79-88.

5. Ботряков Г.В. Генезис высококалиевых липаритов Восточно-Сихотэ-Алиньского вулканического пояса. // Геол., магматизм и оруденение Приамурья. - Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1985, с. 43-50.

6. Бурштейн Е.Ф. Некоторые особенности геологического строения Алайгырского рудного поля (Центральный Казахстан). // Изв. ВУЗ`ов. Геология и разведка. 1961, № 7, с. 93-98.

7. Бурштейн Е.Ф. К вопросу о свинцово-порфировых месторождениях Казахстана. // Геол. рудн. месторожд., 1988, № 2, с. 116-120.

8. Бурштейн Е.Ф., Остробородько Н.П. Геологическая позиция и возраст ультракалиевых риолитов Успенского синклинория и прилегающих районов. // В кн.: Стратиграфия палеозоя Казахстана. Алма-Ата, 1989, с. 77-83. (КазИМС).

9. Бурштейн Е.Ф., Урываева А.П. Строение и развитие Алайгырского вулканического центра. // В кн.: Геология и полез. ископ. Центр. Казахстана. М.: Наука, 1988, с. 193-204.

10. Веймарн А.Б. Фаменский вулканизм Казахстана как индикатор геодинамических обстановок и рудоносности. // В кн.: Магматизм и рудоносность Казахстана. Алма-Ата: Гылым, 1991, с. 203-211.

15. Голубовский В.А. Вулканический комплекс гор Кокчетау и некоторые особенности позднедевонского вулканизма на западе Центрального Казахстана. // В сб: 5-я научн. отчетн. конф. геол. фак-та МГУ (Тез. докл.). М., 1970, с. 192.

16. Дир У.А., Хауи Р.А., Зусман Дж. Породообразующие минералы. Т. 4. // М., : Мир, 1966. 482 с.

17. Журавлев Б.Я., Тевелев Ал.В., Федоров Т.О. и др. Сравнительный анализ девонского и позднепалеозойского вулканических поясов Центрального Казахстана. // В кн.: Геология и полез. ископ. Центр. Казахстана, М.: Наука, 1988, с. 168-180.

18. Зайцев Ю.А. Эволюция геосинклиналей (овальный концентрически-зональный тип). // М.: Недра, 1984. 208 с.

19. Кабанов Ю.Ф. Тектоническая природа, история развития и некоторые вопросы металлогении Спасской и Успенской зон смятия. // В кн.: Геология и полез. ископ. Центр. Казахстана. М.: Наука, 1988, с. 134-141.

20. Кабанов Ю.Ф., Мартынова М.В., Воронцова Т.Н. Структурно-фациальная зональность и стратиграфия фаменско-турнейских отложений Успенской зоны смятия (Центральный Казахстан). // Вестн. МГУ. Сер. 4, Геология, 1985, № 1, c. 16-25.

21. Кепежинскас В.В. Верхнепалеозойский вулканизм Токрауского синклинория. // Новосибирск: Наука, 1969. 196 с.

22. Козлов М.С., Трубникова Т.П. Богатые натрием и калием породы девонских вулканических формаций Юго-Западного Алтая. Природа контрастного распределения калия и натрия. // В сб.: Магм. и метаморф. комплексы Казахстана. (Тез. докл. 2 Казахст. петрограф. совещ.). Алма-Ата: Наука, 1974, с. 200-201.

23. Кошелева И.А., Тевелев Ал.В. Строение девонского разреза западного обрамления Южно-Токрауской впадины. // В кн.: Стратиграфия палеозоя Казахстана. Алма-Ата, 1989, с. 55-60. (КазИМС).

24. Кошелева И.А., Тевелев Ал.В. Петрохимическая зональность вулканитов Токрауской впадины и ее связь со строением фундамента. // В кн.: Магматизм и рудоносность Казахстана. Алма-Ата: Гылым, 1991, с. 71-77.

25. Курчавов А.М. Зональность орогенных вулканитов Казахстана (на примере верхнего палеозоя). // М.: Наука, 1984. 206 с.

27. Найденов Б.М., Пучков Е.В., Чернов В.И. и др. Комплексное радиологическое датирование магматических образований и рудного процесса в Каркаралинском рудном узле. // В кн: Петрология и минерагения Казахстана. Ч. 2. Тезисы докладов. Алма-Ата: Наука, 1988, с. 11-12.

28. Новикова М.З., Кузнецов И.Е., Ряховский В.М., Сигачев С.П. Нижнепалеозойский раннегеосинклинальный вулканизм Центрального Казахстана. // В кн.: Геология и полезные ископаемые Центрального Казахстана. М.: Наука, 1988, с. 44-71.

30. Потапьев В.В. Формация ультракалиевых липаритов Адрасманской вулканической мульды (Северный Тянь-Шань). // Изв. вузов, Геология и разведка, 1986, № 2, c. 9-18.

31. Пучков Е.В., Родькин Б.П., Найденов Б.М. Свинцово-порфировые месторождения Казахстана. // Докл. АН СССР, 1983, т. 271, № 6, с. 1451-1454.

32. Пучков Е.В., Найденов Б.М., Родькин Б.П., Семенова Т.В. Геолого-генетические особенности месторождения Алайгыр. // Геол. рудн. месторожд., 1986, № 4, c. 13-23.

33. Сыромятников Н.Г., Мирошниченко Л.А., Кошевой О.Г. и др. Эпохи возникновения рудного свинца полиметаллических месторождений Казахстана по изотопным данным. // Изв. АН КазССР, сер. геол., 1979, № 2, с. 4-18.

35. Фромберг Э.Д., Ван К.В. О природе ультракалиевых риолитов. // Изв. вузов. Геол. и разведка, 1980, № 12, с. 133-135.

36. Шужанов В.М. Формации девона. (Балхашский сегмент). // Алма-Ата: Наука, 1984. 224 с.

37. Яковлева Е.Б. Условия формирования структур и текстур кислых вулканитов. // Вестник МГУ. Сер. 4, Геология, 1982, № 2, с. 12-25.

38. Roddy M.S., Reynolds S.J., Smith B.M., Ruyz J. K-metasomatism and detachment-related mineralisation, Harcuvar Mountains, Arizona. // Bull. Geol. Soc. Amer., 1988, 100, № 10, pp. 1627-1639.

 Ü В оглавление сборника, посвященного 45-летию ЦКЭ МГУ