Serpentines as the indicators of geodynamic conditions of mesozoic peridotites metamorphic transformations in the marmarosh rocky zone (Inner Ukrainian Carpathians)

Abstract

Мета. Виконано дослідження вторинних серпентинів для реконструкції умов становлення й перетворення перидотитів угольського комплексу, які локалізовані в Мармароській зоні скель внутрішніх Східних Українських Карпат і поширені в межиріччі Великої та Малої Угольок. Методи. Робота ґрунтується на результатах геологічних спостережень порід угольського комплексу в природних відслоненнях, а також петрографічних, мінералогічних (рентгеноструктурний, термоваговий і мікрозондовий аналізи) та геохімічних досліджень. Для порівняння використано літературні дані щодо перидотитів Українських Карпат і окремих детально вивчених перидотитових комплексів орогенів. Результати. Перидотити утворюють олістоліти в нижньокрейдовій соймульській олістостромовоконгломератовій товщі Мармароської зони скель (Вежанський покрив) внутрішніх Українських Карпат. Вік олістолітів (соймульська світа) перидотитів угольського комплексу – Т2–К1 (?). Породи представлені серпентинізованими перидотитами й серпентинітами. Метаморфічні перетворення перидотитів олістолітів виявлено у значному поширенні a- і β-лізардиту й антигориту. Серед вивчених серпентинів виділено дві групи. Серпентин першої групи має лінзоподібно-петельчасту текстуру і представлений, головно, a-лізардитом і баститом; ці мінерали містять порівняно великі незмінені зерна хромшпінелідів і мають підвищену хромистість. Серпентин другої групи, представлений, зазвичай, β-лізардитом і антигоритом, смугасто-сланцюватої текстури, містить включення пилоподібного магнетиту й підвищену кількість заліза. Мінералам першої групи притаманні термодинамічні характеристики регресивного метаморфізму верхів зеленосланцевої фації, який міг бути реалізований за геодинамічних умов спредингу під час підняття й охолодження перидотитів. Серпентини другої групи мають параметри, хоча й локальні, прогресивного метаморфізму низів зеленосланцевої–верхівепідот-амфіболітової фації. Вони формувались за надсубдукційних умов і приурочені до фрагментів палеозон відколово-пластичних деформацій, які супроводжували в юрі–ранній крейді субдукційно-колізійні події між терейнами Дакія і Тисія, що привели до закриття Трансильвансько-Муреського палеоокеану. Виділені групи серпентинів мають різний генезис і формувались за різних геодинамічних умов: мінерали першої групи тяжіють до первинно-мантійних протолітів ультраосновного складу, а другої – до літосферних протолітів основного складу. Наукова новизна. Використання комплексу методів дослідження серпентинів дало змогу розділити їх на дві групи, які мають різну термодинамічну й геодинамічну історію. Структурнотекстурні, мінералогічні, геохімічні та інші особливості серпентинів є індикаторами геодинамічних умов перетворення перидотитів Мармароської зони скель та інших регіонів. Запропоновано модель поетапного перетворення перидотитів угольського комплексу. Практичне значення. Дослідження серпентинітів, розвинутих по перидотитах угольського комплексу, важливе для з’ясування типу метаморфізму вихідних первинно-мантійних протолітів і стадійності формування літосфери складчасто-покривних споруд (на прикладі Українських Карпат). Отримані результати можна використовувати для прогнозного оцінювання зруденіння серпентинітів, оскільки визначено, що з лізардитовими серпентинітами пов’язані елементи групи платини, а з антигоритовими асоціює магнетит.

Purpose. We investigated secondary serpentines in order to reconstruct the geodynamic conditions of the formation and transformations of the peridotites (Uholskyi complex), which are localized in the Marmarosh rocky zone in the Inner Eastern Ukrainian Carpathians and are most widely spread in the interfluve of Velyka and Mala Uholka-rivers. Methods. The work is based on the results of geological observations of the Uholskyi complex rocks in natural outcrops, as well as petrographic, mineralogical (including X-ray diffraction, thermal and microprobe analysis), and geochemical studies. For comparison, literary data on peridotites of the Ukrainian Carpathians and some studied in detail orogenic peridotite complexes have been used. Results. Peridotites form olistoliths in the Soimulska olistostrome-conglomerate strata (K1) of the Marmarosh rocky zone (Vezhanskyi nappe) of the Inner Ukrainian Carpathians. The age of olistoliths of the Uholskyi complex peridotites of the Soimulska suite is T2–K1 (?). The rocks of the Uholskyi complex are represented by serpentinous peridotites and serpentinites. The metamorphic transformations of peridotites are revealed in the significant distribution of aand β-lizardite and antigorite. Two groups have been identified among the studied serpentines. Serpentines of the first group have a lenticular-looped texture and are mainly represented by a-lizardite and bastite, which have high chromium content and contain large non-altered grains of chrome-spinellids. Serpentines of the second group have a striped-shale texture; they are represented mainly by β-lizardite and antigorite, which have high iron content and contain powdered particles of magnetite. Serpentines of the first group were formed under the conditions of regressive metamorphism of the greenschist facies upper part, which occurred under the geodynamic conditions of the spreading zone during raising and cooling of peridotites. Serpentines of the second group have the characteristics (albeit local) of progressive metamorphism of the lower greenschist–upper epidote-amphibolite facies. They were formed under the supersubduction conditions and confined to fragments of paleozones of shear-plastic deformations. This was accompanied by subduction-collision events between the terrains of Dacia and Tisza in the Jurassic–Early Cretaceous, which led to the closure of the TransylvanianMureş paleocean. Selected groups of serpentines, which differ in mineral, chemical composition and structural and texture peculiarities, belong also to various geodynamic and genetic groups: the first tend to primary mantle protoliths of the ultrabasic composition, and the second – to lithospheric protoliths of the basic composition. Scientific novelty. The research of serpentines, which developed on the peridotites of the Uholskyi complex, made it possible to divide them into two groups whose representatives have different thermodynamic and geodynamic history. It is determined that structural, textural, mineral, and other features of serpentines are the indicators of geodynamic conditions for the transformation of peridotites of the Marmarosh rocky zone as well as other regions. A model of the phased transformation of the Uholskyi complex peridotites has been proposed. Practical value. The study of serpentinites developed on peridotites of the Uholskyi complex is important for the determination of the types of metamorphism in primitive mantle protoliths and the stage of formation of foldcovering structures lithosphere (on the example of the Ukrainian Carpathians). The obtained results can be used for prediction of serpentinite mineralization, since lizardite rocks (group 1) contain elements of the platinum group, and antigorite rocks (group 2) – magnetite.