2. Положение в региональной структуре

Горы Принс-Чарльз и прилегающие районы Земли Принцессы Елизаветы составляют один из крупнейших горных регионов Восточной Антарктиды. В его пределах вскрываются три древнейших тектонических провинции (рис. 1): а) мезоархейско-палеопротерозойская Рукерская провинция на юге; б) неоархейская Вестфолльская провинция на северо-востоке; в) обширный мезо-неопротерозойский Циркумантарктический подвижный пояс, разделяющий и цементирующий раннедокембрийские провинции (Tingey, 1991; Иванов и Каменев, 1990; Лайба и др., 2001; и др.). В составе Рукерской провинции некоторыми исследователями выделяются две области или террейна, различающиеся особенностями геологического строения и истории формирования: мезо-неоархейская Рукерская гранит-зеленокаменная область и палеопротерозойская Ламбертская орогеническая область (Mikhalsky et al., 2006). Циркумантарктический подвижный пояс в регионее ледника Ламберта также неоднороден и включает, по крайней мере, две структурно-формационные области: мезопротерозойскую Фишерскую «амфиболито-сланцевую» область и ранненеопротерозойскую Биверскую гранулито-гнейсовую область (Иванов и Каменев, 1990, Mikhalsky et al., 2001).

Фишерский вулкано-плутонический комплекс развит в пределах Фишерской области в центральной части гор Принс-Чарльз; он включает осадочно-вулканогенную серию Фишер мощностью не менее 10 км и ассоциацию специфических интрузивных образований, развитых только в пределах данного комплекса. Серия Фишер наиболее полно вскрывается на одноименном массиве, где включает семь свит, сложенных толщами умеренно метаморфизованных (эпидот-амфиболитовая и амфиболитовая фации) вулканических и туфогенно-осадочных пород преимущественно андезитового состава. Вулканогенные свиты прорваны сравнительно небольшими, но многочисленными интрузивами основных, средних и кислых составов, большей частью метаморфизованных наравне с вулканитами. К комагматичным с последними отнесены габброиды, диориты, тоналиты и плагиограниты, развитые на всех указанных массивах. Они объединены по вещественным и возрастным признакам в раннюю габбро-диорит-плагиогранитную ассоциацию. Распространенные не столь широко интрузивы субщелочных габброидов, трахидолеритов, гранитов, гранодиоритов и сиенитов выделены по геологическим и геохронологическим данным в позднюю габбро-гранит-сиенитовую ассоциацию.

Осадочно-вулканогенные и интрузивные образования включены в состав единого вулкано-плутонического комплекса по следующим признакам: а) пространственной сопряженности; б) отсутствию подобных на сопредельных территориях; в) сходным условиям наложенного метаморфизма; г) формационному соответствию, указывающему на их образование в однотипных геодинамических (тектонических) условиях; е) совпадающими или близкими с вулканитами геохронологическими датировками.

3. Осадочно-вулканогенная серия Фишер

Преимущественно вулканогенные по своему первичному составу толщи занимают на массиве Фишер и Скалах Нильссон не менее 50 % их обнаженных площадей; на массивах Уиллинг и Коллинс они присутствуют в форме ксенолитовых блоков среди резко преобладающих интрузивных ассоциаций, а на массиве Мередит занимают его южную половину, контактируя по тектоническому разлому с метаморфическими сериями Биверского комплекса (рис 2).

На массиве Фишер осадочно-вулканогенная серия слагает центральные и южные районы (рис. 2). Современное генеральное залегание пород – моноклинальное с падением на север – северо-запад под углами 50–90°, в отдельных случаях были зафиксированы крутые юго-восточные падения. Анализ всех имеющихся геологических материалов дает основание рассматривать преобладающее залегание пород с северо-западным падением – как опрокинутое. Наращивание разреза следует в целом с северо-запада на юго-восток и завершается, вероятно, свитой из жерловых фаций, сформировавшихся в кратерной части крупной вулканической постройки. Суммарная мощность супракрустальных свит оценивается в 9,5–10 км.

В составе серии выделено, с учетом последних исследований в рамках 3 МПГ, семь свит: 1) андезибазальтовая, 2) андезитовая, 3) базальт-андезибазальтовая, 4) туфогенно-осадочная, 5) андезито-базальтовая, 6) дацит-андезитовая (туфогенная), 7) андезит-базальт-дацитовая (жерловая). В большинстве свит наряду с покровными вулканитами присутствуют прорывающие согласные и пологосекущие тела субвулканитов среднего – кислого составов. В сводном разрезе серии суммарные мощности вулканогенных пород (лав, туфов, субвулканитов) составляют: базальты – 21 %, андезибазальты – 36 %, андезиты – 21 %, андезидациты – 9 %, дациты – 7 %, риодациты – 6 %. Собственно осадочные породы: метаморфизованные туфоалевролиты, туфопесчаники и алевропесчаники с подчиненным объемом мраморизованных карбонатов и гематитовых кварцитов, – не превышают 10 % от объема серии.

U-Pb изохронный возраст фишерских метавулканитов был определен по пробам, отобранным из кислых и средних метавулканитов шестой и седьмой свит. Исследования показали, что большинство выделенных цирконов были кристаллизованы в течение одного термального события: 1300±4 млн. лет, интерпретируемого как возраст извержения (Beliatsky et al, 1994). Среднерифейский возраст фишерских метавулканитов был подтвержден австралийскими геологами, получившими методом SHRIMP возраст 1283±21 млн. лет, проинтерпретированный также как возраст извержения (Kinny et al, 1997).

На массиве Скалы Нильссон метаморфическая свита Нильссон достигает в мощности 1,5 км. В ее составе преобладают амфибол-биотитовые (нередко с гранатом) гнейсы и плагиогнейсы, мафические существенно амфиболовые (иногда с клинопироксеном) кристаллосланцы и амфибол-биотитовые меланогнейсы. Мафические кристаллосланцы сохраняют реликты субофитовых, микрогаббро-долеритовых, базальтоидных (апостекловатых) и туфогенных структур. В свою очередь гнейсы и плагиогнейсы обладают полосчатыми, тонкослоистыми и слоисто-обломочными (туфогенными) текстурами и также сохраняют реликты порфировых, фельзитовых (эффузивных) и микроинтрузивных (субвулканических) первичных структур.

На массиве Мередит метаморфические толщи, соответствующие по вещественным и возрастным характеристикам Фишерскому комплексу, слагают его южную половину. Они выделены в свиту Мередит мощностью около 4 км (без учета складчатости), которая включает толщи биотит-плагиоклазовых и биотитовых парагнейсов, маломощные пачки кварцитов, мраморов и кальцифиров, прослоенных крупными пачками ортогнейсов биотит-амфибол-плагиоклазового (метадиориты) и биотит-амфиболовового (метагранитоиды) составов. Парагнейсовые разности составляют около 80 % объема свиты и отвечают по реконструкциям осадочным и туфогенно-осадочным породам. По цирконам из ортогнейсов методом SHRIMP-II получены конкордатные возрастные рубежи: 1294±3, 1105±5, 957±4 и 887±2 млн. лет (Лайба и Гонжуров, 2006; Гонжуров и Лайба, 2009). Наиболее древние датировки отражают, по-видимому, время кристаллизации ортогнейсовых протолитов, а остальные – датируют различные фазы гренвильского метаморфизма.

Метабазальты массива Фишер имеют достаточно выдержанные химические составы по всем компонентам. Их общей особенностью является относительно низкие содержания К₂О (обычно менее 1 %) при стабильно повышенных, в целом, количествах Na₂O (2–4,6 %). При этом базальты четко разделяются на два петрохимических типа, названные для краткости типами В1 и В2. Базальты В1 имеют mg=53–65 и содержат нормативный оливин, а базальты В2 имеют низкий показатель магнезиальности mg=45–52 и содержат нормативный кварц. На диаграмме AFM (не приведена) оба типа располагаются в поле толеитовых пород, но при этом В2 демонстрируют тенденцию перехода к известково-щелочному типу. На графике нормированных содержаний микрокомпонентов (не приведен), базальты В1 демонстрируют черты P-MORB со слабой обогащенностью крупноионными литофильными элементами (Rb, Ba, K, Th, U), а базальты группы В2 еще более обогащены литофилами, не только крупноинными, но и высокозарядными (Nb, Zr, Ti) и в определенной степени близки базальтам океанических островов (OIB, Mikhalsky et al., 1996, Михальский, 2007). Отрицательные Nb аномалии не характерны для этих пород.

Кислые и средние вулканиты и субвулканиты большинства фишерских свит стабильно выделяются повышенными содержаниями Na₂O (в среднем 4,58 %) при пониженных К₂O (в среднем 0,6 %) и по этому признаку выделены в петрохимическую группу А1. На диаграмме AFM низкокремнистые составы А1 образуют известково-щелочной тренд, связанный с изменением состава пород в направлении снизу вверх по разрезу серии Фишер. Эффузивные и пирокластические породы шестой свиты выделены в петрохимическую группу А2. Они обладают характерно повышенными содержаниями K₂O (в среднем 2,12 %), имея, таким образом, уже калиево-натровую специализацию. На диаграмме AFM средние составы вулканитов А2 располагаются в поле известково-щелочных пород (Mikhalsky et al., 1996, 2001; Лайба, 2000). Для пород группы А2 весьма характерны значительные отрицательные аномалии Nb. Химические составы метаморфических свит других массивов Фишерской области, имеют сходные характеристики с выделенными петрохимическими группами. Метавулканиты Фишерского комплекса в целом характеризуются низкими значениями Sr_i (0.703–0.704 и высокими значениями параметра εNd (2–4).

4. Интрузивные ассоциации Фишерского комплекса

Среднерифейские метаинтрузивы Фишерского комплекса по вещественным и возрастным признакам разделены на раннюю габбро-диорит-плагиогранитную и позднюю габбро-гранит-сиенитовую ассоциации. Интрузивные породы несут наряду с вулканитами следы явного метаморфического воздействия, однако в дальнейших описаниях приставка «мета» из названий пород убрана с целью упрощения.

Габбро-диорит-плагиогранитная ассоциация на массиве Фишер представлена группой сопряженных или самостоятельных тел варьирующего состава: габброиды и габбро-диориты, диориты и кварцевые диориты, тоналиты и плагиограниты. По площади развития преобладают габброиды и диориты. Массив Уиллинг почти целиком сложен интрузивными телами обеих ассоциаций, но при доминировании первой. Она представлена наиболее крупным плутоном расслоенных габброидов (плутон «Уиллинг») и крупным интрузивом тоналит-плагиогранитного состава, а также штоками габброидов, жилами и дайками метабазитов (амфиболитов), кварцевых диоритов, тоналитов и плагиогранитов. В Скалах Нильссон ассоциация представлена преимущественно габброидами, тогда как диориты и плагиогранитоиды развиты весьма ограниченно. Кроме того, здесь обнаружены несколько мелких тел ультраосновного состава, также включенных в состав рассматриваемой ассоциации.

Для габброидов большинства сравнительно крупных плутонов характерна хорошо выраженная вещественная дифференциация, проявленная в форме видимой и скрытой расслоенности. Наиболее крупным и подробно изученным в этом ряду является плутон «Уиллинг», слагающий целиком восточную половину одноименного горного массива. Максимальные размеры обнаженной части плутона составляют 3,8х7,6 км, а по данным аэромагнитной съемки интрузив представляет собой изометричное тело диаметром 10–12 км, большая часть которого перекрыта ледником. Истинная мощность обнаженной части плутона составляет не менее 3135 м. Sm-Nd исследования по валовым пробам габброидов показали возраст 1233±160 млн. лет (Mikhalsky et al., 1993); по орто– и клинопироксену тем же методом получен возраст 1292±67 млн. лет (неопубликованные данные). U-Pb датирование по циркону из метагабброида плутона «Уиллинг» указывает на кристаллизацию пород на рубеже 1238±32 млн. лет и наложенное термальное событие на рубеже 800 млн. лет назад (TIMS; Лайба и Михальский, 1999).

Диориты, тоналиты и плагиограниты также формирует довольно крупные интрузивные тела, как правило, многофазного состава. Это тоналит-плагиогранитный плутон (4х7 км) на массиве Уиллинг, диорит-тоналит-плагиогранитный плутон (2,5х8 км) на массиве Фишер и другие. Как крупные, так и мелкие тела ориентированны в целом конкордатно с генеральным залеганием вмещающих толщ, каковыми являются осадочно-вулканогенные толщи и интрузивные габброиды. По взаимным соотношениям устанавливается последовательность внедрения: диориты (кварцевые диориты) – тоналиты – плагиограниты. U-Pb определения по цирконам из метатоналитов массива Уиллинг показали возраст 1177±16 млн. лет (Mikhalsky et al., 1999), который в первом приближении может рассматриваться как возраст внедрения.

Анализ химических составов интрузивных пород габбро-диорит-плагиогранитной ассоциации позволил выделить, по крайней мере, две крупных геохимических группы (серии), отличные по соотношениям щелочей и других элементов. Эти группы, принадлежат соответственно к натровой и к калиево-натровой сериям. Судя по прямым и косвенным геологическим данным, становление каждой из них начиналось с внедрения габброидных дифференцированных плутонов и заканчивалось образованием плагиогранитных интрузивов и жил различных составов. Наличие петрохимических интрузивных серий, достаточно хорошо коррелируемых со сходными сериями в вулканических породах, подтверждает их общую вещественную и генетическую связь.

Габбро-гранит-сиенитовая ассоциация развита менее широко по сравнению с ранней. Она включает субщелочные габброиды, трахидолериты, нормальные и субщелочные граниты, гранодиориты и сиениты. Судя по вещественным особенностям и пространственной сопряженности, эти магматиты также составляют родственную интрузивную ассоциацию.

Субщелочные метагабброиды известны только в Скалах Нильссон, где слагают несколько тел и мелких штоков, прорывающих породы метаморфической свиты. Наиболее крупные тела (до 500 м в поперечнике) имеют неправильные формы, а мелкие линзовидные тела ориентированы согласно со структурой вмещающих пород. Метатрахидолериты в форме редких и маломощных даек были обнаружены на массивах Фишер и Уиллинг. Они интрудированы как в осадочно-вулкангогенные толщи, так и в габброидные плутоны.

Метаморфизованные граниты и субщелочные граниты в форме небольших тел, штоков и многочисленных жил развиты на большинстве горных массивов. Размеры наиболее крупных тел достигают 1х2,8 км. U-Pb определения по циркону из гранитов показали конкордатный возраст 1194±1 млн. лет, интерпретируемый как возраст внедрения (Лайба, 2000). Все граниты данной группы имеют практически однотипные химические составы, подтверждающие их вещественно-генетическую и возрастную однородность. Они относятся преимущественно к калиевой серии, а по сумме щелочей (7,5–9 %) большей частью относятся к субщелочному ряду.

Метаморфизованные сиениты слагают субщелочной многофазный плутон, занимающий целиком горный массив Коллинс. (рис. 2). По данным аэромагнитной съемки реальные размеры интрузива достигают 5х14 км. В составе плутона выделено пять интрузивных фаз и многообразный прорывающий жильный комплекс. Интрузивные фазы включают (от ранних к поздним): 1) субщелочные диориты, 2) монцодиориты, 3) сиениты, 4) граниты, 5) субщелочные габброиды. По объему развития преобладают породы первой и третьей интрузивных фаз. Широко развитый (до 10 % от объема всех фаз) поздний жильный комплекс насчитывает шесть групп различных монцодиоритов и трахидолеритов, которые секут все без исключения породы интрузивных фаз. U-Pb изотопные определения по интрузивным и жильным фазам показали соответственно рубежи 1250 и 1220 млн. лет, интерпретируемые как возрасты внедрения (Лайба и др., 2001).

Рис. 2. Геологическая схема северных и центральных районов гор Принс-Чарльз. 1 – ледниковый покров: а) материковый лед, б) выводные ледники, в) шельфовые ледники; 2 – палеогеновые покровные трахибазальты; 3 – меловые штоки и дайки щелочно-ультраосновных пород; 4 – пермско-триасовый угленосный комплекс Эймери; 5 – раннепалеозойские граниты; 6–10 – неопротерозойский Биверский комплекс: 6 – интрузивные чарнокиты, граниты и гранодиориты, 7 – метагабброиды и метабазиты, 8 – мелкие тела гипербазитов, 9 – существенно ортогнейсовая серия Портос, 10 – существенно парагнейсовые серии Атос и Астрономов; 11–14 – мезопротерозойский (рифейский) Фишерский комплекс: 11 – гранитоиды поздней ассоциации, 12 – гранитоиды ранней ассоциации, 13 – габброиды ранней ассоциации, 14 – осадочно-вулканогенная серия Фишер; 15 – нерасчлененные образования Фишерского комплекса; 16 – структурные линии; 17 – тектонические нарушения.