Метаморфические комплексы Аппалач

Горная система Аппалач, обрамляющая с юго-востока Северо-Американскую платформу, имеет сложное покровно-складчатое строение и сформировалась в каледонское время. Она богата пегматитами разной специализации, в том числе мусковитовыми, которые пользуются всемирной известностью. Работ, обобщающих данные по строению и составу структурно-вещественных комплексов Аппалачской системы в целом с их метаморфизмом и закономерностями размещения пегматитов, пока нет. He претендуя на полноту знания материалов, ниже мы рассмотрим особенности геологии и метаморфизма структурных зон Аппалач, вмещающих наиболее крупные поля мусковитових пегматитов.

Слюдоносные пегматиты приурочены к нескольким структурным зонам: Блу-Ридж, Внутренний и Южный Пидмонт (в центральной части Аппалач) и Новая Англия (в северо-восточной части Аппалач).

Пояс Блу-Ридж с северо-запада ограничен слабометаморфизованными, более молодыми породами Унака, с юго-востока — милонитами зоны Брэвард. Он имеет много аналогий с Мамско-Бодайбинским метаморфическим поясом. Судя по карте метаморфизма, приводимой Батлером, это крупная асимметричная термальная антиклиналь, наложенная на мощные терригенно-карбонатные толщи (рис. 2.4). Степень метаморфизма меняется от серицит- и биотит-хлоритовой зон по периферии до киапит-альмандиновой, мусковит- и ортоклаз-силлиманитовой ступеней в центральной и юго-восточной частях пояса. Наиболее многочисленные цифры абсолютного возраста метаморфических пород укладываются в интервал 350—450 млн лет, как и в Северо-Байкальской (Мамской) мусковитовой провинции. Это возраст главной, акадской фазы метаморфизма, захватившей полифациальными преобразованиями все серии пород Блу-Риджа.

Ho исходные толщи этого пояса разновозрастны, гетерогенны и представляют собой, по мнению ряда исследователей, пакет падвиговых пластин. Ф. Кук с соавторами приводят результаты систематического профилирования, фиксирующего подошвы надвигов и их мощность. Эти исследования показывают, что кристаллический аллохтон подстилается относительно слабометаморфизованным осадочным автохтоном (рис. 2.5).

Верхний аллохтон сложен наиболее древними породами верхнего протерозоя. В юго-западной части зоны Блу-Ридж они представлены мощной флишоидной терригенной формацией Эйш, слагающей асимметричный синклинорий Cпpyc Пайн. В нем размещаются наиболее известные и многочисленные месторождения мусковитовых пегматитов. Далее на северо-восток отложения этого уровня фациально переходят в контрастную серию мета вулканитов формаций Катоктин и Линчберг и уже не содержат мусковитовых пегматитов.

В северо-западном крыле структуры выходят древние гранитогнейсы, взаимоотношения которых с породами синклинория Cпpyc Пайн четко не установлены. Цирконы из них сохранили соотношения U и Pb, отвечающие возрасту 1,0—1,17 млрд лет. С запада и северо-запада гранитогнейсы перекрыты вулканоплутонической формацией щелочных базальтов — граносиенитов Кросснор с возрастом 820 (U-Pb) и 686 (Rb-Sr) млн лет, обогащенных К, F, Nb, РЗЭ. По этим признакам (соотношениям возрастов и геохимии) гранитогнейсы и вулканоплутонический комплекс аналогичны породам Чуйского поднятия с его гранитизацией повышенной щелочности (к северо-западу от Мамского синклинория) и акитканского вулканоплутонического комплекса. В зоне Блу-Ридж эти породы слагают передовой край верхнего аллохтона.

Пегматитовмещающие породы формации Эйш представлены двуслюдяными, гранат-, ставролит- и дистенсодержащими гнейсами и слайдами с более частыми в верхах разреза прослоями амфиболовых гнейсов.

Центральная часть синклинория метаморфизована в условиях мусковит- и ортоклаз-силлиманитовой субфации, а крылья — в условиях дистен-мусковитовой субфации амфиболитовой фации. Этот мощный этап акадского метаморфизма наложен на древние гранитогнейсы как регрессивный, а на выступающие из-под надвига более молодые пластины — как прогрессивный и единственный (см. рис, 2.4).

Лежащая ниже пластина, вскрытая в тектонических окнах и хорошо обнаженная на западе зоны Блу-Ридж, сложена породами позднедокембрийской супергруппы Окои. В ней преобладают терригенные породы — алевриты, песчаники, конгломераты. Они зонально метаморфизованы от биотит-хлоритовой зоны на северо-западе до мусковит-дистен-альмандиновой на юго-востоке, где метаморфизм изофациален с аллохтоном и маскирует границы пластин.

На крайнем северо-западе вдоль границы с палеозойскими отложениями пояса Долин и Хребтов в тектонических окнах покрова Окои обнажаются слабометаморфизованные доломиты и серицит-хлоритовые сланцы группы Чиллоуи и мраморы Марфи пояса Унака (рис. 2.6). Мощность кристаллического аллохтона до слоистых осадков автохтона колеблется от 5 до 16 км.

Помимо древних гранитогнейсов, гнейсогранитов и граносиенитов формации Кросснор, в синклинории Cпpyc Пайн развиты гранитогнейсовыe купола палеозойского возраста. Они представлены пегматоидными двуслюдяными гранитами. Вблизи них располагаются крупнейшие месторождения мусковита Cпpyc Пайн и Франклин-Сильва (см. рис. 2.4). Д.У. Ранкин приводит диаграмму составов гранитов Cпpyc Пайн и плутоновулканических серий Кросснор и Прибрежной Атлантической провинции (рис. 2.7). Граниты Cпpyc Пайн отличаются от других групп повышенной глиноземистостью и большей лейкократовостью.

Всего в мусковитовом поясе Блу-Ридж насчитывается свыше 1350 пегматитовых тел, их размещение контролируется изоградой дистена: за ее пределами слюдоносных жил мало. Зато они развиты и там, где дистеновая зона захватывает отложения серии Окоп. В зоне развития ортоклаз-силлиманитовых гнейсов большую значимость приобретают керамические пегматиты.

Пояс Внутреннего и Южного Пидмонта. Вторым крупным поясом развития мусковитовых пегматитов в Аппалачах является зона Внутреннего и Южного Пидмонта (от штата Виргиния до штата Джорджия). Он отделен от пояса Блу-Ридж зоной Брэвард, представленной катаклазированными и диафторированными в условиях биотит-хлоритоидной субфации гнейсами и мигматитами. С юго-востока пояс Пидмонт отделен от пояса Шарлотт катаклазитами зоны Кингс Маунтнн, представленными диафторированными силлиманитсодержащими кварцитами и мраморами.

Пояс Внутренний Пидмонт представляет собой, по мнению исследователей, крупный покров. Он сложен интенсивно мигматизированными слюдяными гнейсами и сланцами группы Каролина. Для него характерно наличие силлиманит-кварцевых пород, иногда с корундом, и обилие турмалина. Центральная часть метаморфизована в условиях ортоклаз- и мусковит-силлиманитовой субфации, фланги имеют дистен-мусковит-альмандиновые ассоциации. И зональность, и каледонский возраст полностью повторяют зону Блу-Ридж (см, рис. 2.4). Составы главных разновидностей пород приведены в табл. 2.3. Они характеризуются высокой глиноземистостью и (кроме двух образцов гнейсов) повышенной калиевостью.

Зоны Брэвард и Кингс Маунтин являются ограничениями этого сорванного покрова. В его, северо-восточной и юго-западной окраинах также имеются выступы докембрийских гранитогиейсов с фрагментами серий Эйш и Окоп. Предполагается, что это тектонические окна. В. Гриффин считает, что породы силлиманитовой зоны представляют собой самостоятельную пластину. В юго-восточной части пояса (верхней части разреза) выделяется группа амфиболовых гнейсов Роан.

В поясе Пидмонт описано два типа гранитов: западные и восточные. Западные образуют силлоподобные залежи п представлены гранат-двуслюдяными пегматоидными гранитами. Восточные образуют цепочку гранитогнейсовых куполов вдоль юго-восточной границы попса (рис. 2.8). В центральных частях куполов это двуслюдяные пегматоидные граниты, типичные для слюдоносных пегматитовых поясов.

В зоне развития ортоклаз-силлиманитовых парагенезисов (в центральной части пояса) преобладают керамические пегматиты. Главные месторождения мусковитовых пегматитов приурочены опять-таки к зоне дистеновых гнейсов и сланцев (см. рис. 2.6). На северо-западном фланге пояса это месторождения группы Джефферсон-Амелия, вдоль юго-восточного фланга расположено шесть месторождений. Пегматитовые узлы группируются как вокруг пегматоидных гранитов, так и вблизи серий гранитных силлов. В зоне катаклазитов Кингс Маунтин и далее в поясе Шарлотт специализация пегматитов сменяется на оловолитиевую (см. рис. 2.8).

Литологическнй, метаморфический и структурный контроль размещения пегматитов в данной части пояса проявлен отчетливо. Слюдоносные пегматиты располагаются преимущественно в метапелитовых пачках дистен-альмандинов ой зоны метаморфизма, тяготея к гранитогнейсовым куполам и флексурообразным структурам, керамические — в ортоклаз-силлиманитовой зоне. Преобладание амфиболовых гнейсов на границе с высокопроницаемой зоной катаклазированных и диафторированных пород Кингс Маунтин, возможно, играет роль в смене специализации пегматитов — появляется более молодой пояс редкометалльных пегматитов.

Пояса Новой Англии. Еще одной интересной зоной развития слюдоносных пегматитов в составе ужо редкометалльно-мусковитовых поясов является район Новой Англии в северной части Аппалач с месторождениями группы Нью-Гемпшир и Датчес Каунти. Район существенно отличается от Блу-Ридж и Пидмонта тем, что расположен по другую сторону главного шва, разделяющего зоны Аппалач с разной мощностью и строением коры. Он сложен более молодыми палеовойскими (от девона до кембрпя) породами. Толща состоит из переслаивающихся метапелитов, известково-силикатных пород и метабазитов. В восточной части площади преобладают метавулканиты основного состава. Эта часть толщи относится к эвгеосинклинальной зоне, а выходы докембрийского фундамента на западе и окружающие их метапелиты кембро-ордовикского возраста считаются уже энсиалической зоной.

На сложноскладчатые структуры обеих зон в акадское время (380—410 млн лет) был наложен метаморфизм, и сформировался зональный комплекс сложной конфигурации с ортоклаз-силлиманитовой зоной в центральной части и концентрическими зонами снижающейся степени метаморфизма — вплоть до серицит-хлоритовой зоны (рис. 2.9). Соответственно в метабазитах метаморфизм возрастает до роговообмапково-гиперстеновых гранулитов, гроссуляр-сканолитовых скарноидов и форстеритовых мраморов. На гранитогнейсы и гнейсы докембрийских выступов акадский метаморфизм наложен в качестве регрессивного этапа, но местами они сохранили гранулитовые парагенезисы.

Характерной особенностью данного метаморфического комплекса является развитие андалузита в метапелитовых пачках на востоке и дистена — на западе и юго-западе (см. рис. 2.9) — промежуточный андалузит-дистен-силлиманитовый тип метаморфизма. По данным А. Олби и других исследователей, андалузит в метапелитах сменяется дистеном при переходе от эвгеосинклинальной зоны к миогеосинклинальной. Другие авторы такое сложное построение зональности относят к постметаморфическому покровообразованию с телескопированием изоград. Для низкотемпературных зон на западе комплекса характерны стильпномелан и хлоритоид.

На площади зонального метаморфического комплекса много гранитных тел. Они расположены как в ортоклаз-силлиманитовой зоне, так и в зонах более низкого метаморфизма. На северо-востоке гранитные массивы окружены зональными контактовыми ореолами с андалузитов ими роговиками, а на юго-западе они далее диете новой зоны не распространены. Такие взаимоотношения также характерны для андалузитового и дистенового типов метаморфизма. Гранитоиды обладают высоким содержанием SiO2, превышением Al2O3 над суммой щелочей, содержат либо гранат, либо мусковит, Насыщенность пород силлиманитов ой зоны мигматитами и пегматитами эти авторы считают признаком высокого РH2O. Такой характер метаморфизма со значительными ростом температур к центру зональности и некоторым повышением давления с северо-востока на юго-запад уже приводит к разной специализации пегматитовых полей — мусковитовой на юго-западе (Датчес Каунти) и редкометалльно-мусковитовой и редкометалльной на северо-востоке (Нью-Гемпшир),

Описываемый метаморфический комплекс Аппалач имеет много общего с зональным хамардабанским комплексом Юго-Западного Прибайкалья, который будет описан ниже. Здесь, в Аппалачах, в штате Мэн, как и в Хамар-Дабане, есть участки с секущей зональностью. Один из них подробно изучен Дж. Ферри. На этом участке метане литкарбонатоая формация Уотервиль и метакарбонатная Вассальборо пересечены изоградами: в метапелитах — от хлоритовой до силлиманитовой, в метакарбонатах — от анкеритовой до диопсидовой зон (рис. 2.10); приведены анализы метапелптовых прослоев в последовательных зонах метаморфизма (табл, 2А), но не по одному пласту. Для метапелитов однозначно устанавливается изохимическнй характер метаморфизма. Дж. Ферри предполагает, что в метакарбонатных породах с ростом метаморфизма происходит вынос щелочей, но анализы метакарбонатиых пород не приведены. Источником тепла и флюидов он считает неглубоко залегающую интрузию тех же монцонитов, что выходят в высокотемпературных зонах. По Гp-Би геотермометру Дж. Ферри приводит следующие PT параметры метаморфической зональности: P — 3,5+0,2 кбар, T — от 375 до 575 °С.