Геохимические особенности массивных, жильных и фрагментных расплавных импактитов Карской астроблемы по данным ИСП-МС

Карская астроблема является одной из крупнейших астроблем известных на Земле, её диаметр ~65 км, возраст ~70 млн. лет [1], [2], [3]. Астроблема приурочена к Карскому синклинорию и частично к северо-восточной окраине Пай-Хойского антиклинория. В результате различных механизмов трансформации пород мишени при импактитогенезе формируется большое разнообразие импактитов. Расплавные импактиты представляют особый интерес, так как образуются из импактного расплава благодаря наиболее высоким P-T условиям преобразования вещества мишени в точке контакта ударника с породами мишени, достигающим 30000 °C и давления до первых сотен ГПа [4]. Минералогия кристаллических и некристаллических веществ, образующихся в ходе импактогенеза, имеет фундаментальное значение, что подтверждается многочисленными работами отечественных и зарубежных исследователей.

Изучением массивных и жильных тел расплавных импактитов на р. Анарога занимались В.Л. Масайтис, М.С. Мащак, Селивановская Т.В., Б.А. Мальков, В.Л. Андреичев и другие. Ими были описаны морфология тел, текстурно-структурные характеристики, петрохимические особенности, цветовая характеристика, степень кристалличности [1], [4], [5], [7].  В ходе комплексных исследований в структуре аморфной матрицы расплавных жильных импактитов на р. Кара был обнаружен коэсит, что позволило их отнести к ультравысокобарным высокотемпературным образованиям [8], [9], [10]. Ранее было выяснено, что стекла Карской и Усть-Карской астроблем, под которыми предыдущие исследователи подразумевали жильные и фрагментные тела, а также продукты их девитрификации, не различаются по вещественному составу [11]. Но выделялись разновидности согласно их спектроскопическим особенностям [12], цветовым характеристикам и содержанию воды [13]. Расплавные импактиты Карской астроблемы, представленные фрагментами солидифицированного импактного расплава в зювитах, являются наименее изученными.

Выполнение данного исследования обусловлено необходимостью выявления геохимической специфики трёх типов расплавных импактитов – массивных, жильных и фрагментных тел, имеющих принципиально разную геологическую позицию и различающиеся по условиям солидификации.

Каменный материал был отобран из естественных обнажений в долинах рр. Кара, Анарога, Кердорсашор и Хановей-Яха в ходе геологических экспедиций 2015, 2017 и 2020 гг. Предварительные аналитические исследования при помощи оптической микроскопии, рентгенодифракционного анализа и электронной микроскопии проведены на базе центра коллективного пользования «Геонаука» (Институт геологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН, г. Сыктывкар). Порошковые пробы трёх типов расплавных импактитов в количестве 21 шт. были проанализированы методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС) при помощи прибора Thermo Fisher Scientific X Series 2 в ЦКП «Физико-химические исследования горных пород и минералов» (ИГ ФИЦ Кар НЦ РАН, г. Петрозаводск).

Согласно современной международной классификации [14], расплавные импактиты подразделяются на расплавные импактиты богатые обломками, бедные обломками и безобломочные, а также их вариации с разным содержанием аморфной компоненты. В нашем случае массивные тела представлены всеми тремя вариантами содержания обломочной компоненты. Жильные и фрагментные тела относятся к безобломочной разновидности.

Массивные тела присутствуют на рр. Кара и Анарога (рис. 1а). Видимая мощность выходов достигает 8–10 м. Порода характеризуется коричневато-рыжей окраской, гладкой поверхностью с раковистым изломом и острыми сколами. По трещиноватости массивных тел наблюдается обильное развитие гидроксидов железа, придающее бурый оттенок поверхности монолитных блоков. Матрикс представлен смесью аморфной и кристаллической компонент, где последняя является преимущественно криптокристаллическим полевошпатовым агрегатом тёмно-серо-коричневого цвета, содержащим угловатые, часто частично оплавленные обломки пород мишени. Пористость в данных телах крайне неоднородна.

Жильные тела с коэситом необычны своей формой нахождения и условиями образования [8], [9], [10]. В коренных выходах зювитов массивного облика на правом и левом берегах р. Кара недалеко от устья руч. Тогорей расположены жильные тела (стёкла) (рис. 1б). Цвет массива серовато-коричневый. Главной особенностью данных зювитов на р. Кара является присутствие большого количества жильных тел, которые носят секущий характер по отношению к вмещающему их зювиту. Жильные образования образуют маломощные вытянутые извилистые тела, как правило, мощностью 2-3 см с раздувами до 10 см. Они формируют штокверкоподобную систему субвертикального направления. Цвет стёкол преимущественно серый, серый с фиолетовым и розоватым оттенком, иногда чёрный.

Фрагментные тела присутствуют в зювитах и по-разному представлены в пределах обнажений на рр. Кара, Анарога, Кердорсашор и Хановей-Яха (рис. 1в). Размеры фрагментов, как правило, варьируют в пределах первых десятков сантиметров в поперечнике. Наиболее широко распространены в обнажениях импактитов на рр. Кара, Анарога, Путью, Хановей-Яха, реже встречаются на руч. Кердосашор. Расплавные фрагменты довольно однотипны морфологически и представлены в коренных обнажениях в видимом сечении различными формами – от субизомметричной до существенно удлинённых тел (с удлинением в несколько раз превышающим размеры поперечника). По цветовым характеристикам различаются светло-серые, серые, светло-коричневые, коричневые и ярко бурые фрагменты расплавных импактитов. В некоторых случаях на периферии фрагментов отмечается область ассимиляции обломков из вмещающего зювита.

Среди рассматриваемых трёх типов тел расплавных импактитов выделяется несколько разновидностей по преобладающей в них минеральной компоненте и степени кристалличности – преимущественно стекловатые (главным образом жильные тела и некоторые фрагменты), преимущественно смектитовые (некоторые фрагменты) и с плотной матрицей представленной преимущественно криптокристаллическим полевошпатовым агрегатом. Матрица жильных тел с коэситом сложена алюмосиликатной компонентой альбитового состава.

Рисунок 1 - Тела трёх типов расплавных импактитов Карской астроблемы в естественных обнажениях:

А – массивное тело на р. Анарога; Б – жильное тело на р. Кара; В – фрагментное тело на р. Анарога

DOI:10.23670/IRJ.2022.125.58.1

Петрохимическая характеристика расплавных импактитов производилась при помощи площадных анализов энергодисперсионной спектроскопией. Массивные тела имеют следующий вещественный состав (вес. %, среднее по 5 образцам): Na2O - 3.13, MgO - 3.2, Al2O3 - 16.73, SiO2 - 53.97, K2O - 2.98, CaO - 4.08, TiO2 - 0.92, Cr2O3 - 0.21, FeO (общ.) - 4.66 при стандартном отклонении: Na2O - 0.25, MgO - 0.75, Al2O3 - 1.11, SiO2 - 2.12, K2O - 0.7, CaO - 0.27, TiO2 - 0.13, Cr2O3 - 0.04, FeO (общ.) - 1.28. Жильные тела (вес. %, среднее по 4 образцам): Na2O - 2.47, MgO - 4.29, Al2O3 - 14.42, SiO2 - 54.61, SO3 - 0.33, K2O - 1.95, CaO - 2.98, TiO2 - 0.87, FeO (общ.) - 5.42, BaO - 0.42 при стандартном отклонении: Na2O - 0.58, MgO - 0.71, Al2O3 - 1.02, SiO2 - 3.06, SO3 - 0.12, K2O - 0.32, CaO - 0.47, TiO2 - 0.16, FeO (общ.) - 0.74, BaO - 0.14. Фрагментные тела (вес. %, среднее по 7 образцам): Na2O - 2.8, MgO - 3.54, Al2O3 - 14.7, SiO2 - 46.35, SO3 - 0.49, K2O - 3.06, CaO - 2.32, TiO2 - 0.78, FeO (общ.) - 4.33, MnO - 0.39 при стандартном отклонении: Na2O - 0.73, MgO - 1.19, Al2O3 - 2.43, SiO2 - 6.6, SO3 - 0.31, K2O - 0.78, CaO - 0.85, TiO2 - 0.15, FeO (общ.) - 1.53, MnO - 0.15.

Геохимическая характеристика. Распределения химических элементов редкоземельной группы (La-Lu), нормированные на хондрит C1 [15], при усреднении значений для каждого типа расплавного импактита указывают на их схожесть (см. рис. 2). В целом, для всех типов отмечается преобладание лёгких РЗЭ по отношению к тяжёлым. При этом, для массивных тел средние содержания тяжёлых РЗЭ (Gd-Lu) заметно занижены по отношению к жильным и фрагментным телам, а по ряду элементов La-Er для фрагментных тел отмечается некоторое превышение по отношению к двум другим типам тел.

Абсолютные значения содержаний РЗЭ в трёх типах тел расплавных импактитов указывают на следующие особенности (табл. 1).

1) Массивные и жильные тела по средним абсолютным значениям содержаний РЗЭ (ppm) очень близки по всем элементам кроме Ce, Dy, Er, Yb, в то время как фрагментные тела обладают большим разбросом значений для ряда La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Dy, Er, Yb.

2) Минимальными отклонениями значений содержания РЗЭ обладают массивные тела, наибольшими – жильные тела (средние значения для стандартного отклонения по всем РЗЭ элементам в зависимости от типа тел: массивные – 0.4 ppm, жильные – 0.9 ppm, фрагментные – 1.4 ppm).

3) Зависимость химического состава по РЗЭ элементам от географического места положения образцов ни для одного из типов расплавных импактитов не наблюдается – массивные тела на левом и правом берегах р. Кара, а также на р. Анарога обладают близким составом.

Рисунок 2 - Геохимический профиль трёх типов расплавных импактитов Карской астроблемы по средним значениям РЗЭ, нормированных по хондриту C1

DOI:10.23670/IRJ.2022.125.58.2

Исследованные типы расплавных импактитов характеризуются весьма близким петрохимическим составом. Наблюдается также аналогия в содержании геохимических компонентов. При этом, для всех типов расплавных импактитов отмечается преобладание лёгких РЗЭ по отношению к тяжёлым. Средние содержания тяжёлых РЗЭ (Gd-Lu) для массивных тел заметно занижены по отношению к жильным и фрагментным телам. По элементам ряда La-Er для фрагментных тел отмечается превышение по отношению к двум другим типам тел. Таким образом однотипные петрохимический и микрокомпонентный геохимический составы массивных, жильных и фрагментных тел расплавных импактитов Карской астроблемы указывают на близость их вещественного состава в целом, что указывает на возможный однотипный характер протолита с формированием сингенетичного импактного расплава. Полученные результаты могут быть использованы для сопоставления с геохимическими характеристиками пород мишени для выяснения специфики протолита расплавных импактитов Карской астроблемы.