Введение к работе
Гранитоиды являются основными компонентами континентальной коры и индикаторами геодинамических обстановок ее формирования. Поэтому проследить эволюцию континентальной коры невозможно без установления минералогических составов, геохимических типов, генезиса магм, геодинамической природы и возраста этих пород. Однако в настоящее время продолжаются дискуссии, связанные с отсутствием ясных отличий гранитоидных типов, относимых к различным геодинамическим обстановкам. В этом отношении, особенно для древних докембрийских комплексов, ведущую роль играет геохимия гранитоидов. При этом одинаково важным является, как накопление комплексных данных, базирующихся на прецизионных геохимических, изотопно-геохимических и геохронологических анализах, так и их качественная интерпретация.
Диссертационная работа направлена на решение проблемы эволюции формирования континентальной земной коры в пределах неопротерозойских складчатых поясов Сибири на основе комплексного геохимического исследования гранитоидов. В качестве объектов исследования были выбраны неопротерозойские гранитоиды Енисейского кряжа и Таймыра (рис. 1). Выбор этих складчато-надвиговых структур западного обрамления Сибирской платформы был обусловлен уникальной широтой проявлений в них гранитоидов и ассоциирующих с ними магматических пород, образование которых происходило на протяжении большей части неопротерозойского периода истории Земли.
Актуальность исследований определяется необходимостью геохимической типизации и изотопно-геохимического датирования неопротерозойских гранитоидов Енисейского кряжа и Таймыра для разработки геодинамических моделей формирования аккреционно-коллизионных структур западного обрамления Сибирского кратона. Эти исследования также необходимы в качестве основы для разработки и совершенствования геохимической и геодинамической систематик гранитоидов.
Цель исследований - изучение распределений химических эле
ментов в гранитоидах, образованнных в различных геодинамических
обстановках и представленных в двух крупнейших аккреционно-кол
лизионных структурах западной окраины Сибирской платформы -
Енисейском кряже и Таймыре. і иос национальная і
' 1 \ЛФ
87"
" 99 111 123
80, - і ; -; і--*--;- ', ' '-, III ."М..'
// > OJ і *
, , ///,,-,4gj '''
/< ' Ja*c^' 18І», 1755-655 млн. лет
'-- "/^^ЙЭ^^Р^*"} 850-840 млн. лет
n-' -"-',w;м-і-й, . и-рь
940-885 млн. лет ! І !_-»-- 72
U-Pb - — - г
697 млн. лет. U-Pb 752-718 млн. лет-
U-Pb " _,_
V - - і КЗ коллизионные фаниты
637-628 млн. лет Ш ,' ^^ _
7f-pb —ч'„ ВФФД офиолитовыо и островодужныв
' кууя К0МППвксЫ| включая плагиограниты
л 56
Рис. 1. Схематическая карта Сибирского кратона с U-Pb оценками возраста исследуемых неопротерозойских гранитов из коллизионных и островодужных комплексов Енисейского кряжа и Таймырской складчатой области.
Научные задачи исследований:
1. Провести комплексный геохимический, изотопно-геохимический и геохронологический анализ неопротерозойских гранитоидов Енисейского кряжа и Таймыра, позволяющий выявить геохимические критерии отнесения их к разным магматическим сериям, геохимическим типам и геодинамическим комплексам (островодужным, коллизионным и анорогенным).
-
Выявить общие закономерности, связанные с температурными условиями формирования гранитных магм различных геохимических типов.
-
Охарактеризовать геолого-тектоническую позицию неопротерозойских гранитоидов в структурах складчатых поясов Енисейского кряжа и Таймыра.
-
На основе выявленных источников магм, а также температурных и геодинамических условий формирования гранитоидов, установить геохимическую эволюцию неопротерозойской континентальной коры Енисейского кряжа и Таймыра.
Фактический материал и методы исследований. В основу диссертационной работы положен собственный материал автора, полученный за период 1982-2004 гг. в ходе научно-исследовательских работ, проведенных на территории Енисейского кряжа, сначала в составе экспедиции «Сибзолоторазведка» ПО «Енисейзолото», Красноярского филиала Сибирского научно-исследовательского института минерального сырья, а затем (с 1991 г.) Объединенного института геологии, геофизики и минералогии СО РАН. За этот период автор в качестве ответственного исполнителя выполняла несколько научно-исследовательских и производственных проектов (включая геологическую съемку масштаба 1:50 000 и прогнозно-поисковые исследования основных геолого-промышленных типов золоторудных месторождений Енисейского кряжа), участвовала в трех экспедициях на Таймыр (1998-2000 гг.), в рамках международных проектов ИНТАС-РФФИ и ЕВРОПРОБЫ, а в последние годы являлась руководителем двух проектов РФФИ по эволюции гранитоидного магматизма и выделении основных этапов формирования континентальной коры в позднедокембрийских структурах Енисейского кряжа. Кроме каменных коллекций, собранных лично автором, в работе использовались образцы и шлифы В.А. Берниковского и В.М. Даценко.
Теоретической основой решения поставленной проблемы служит тектоника литосферных плит, раскрывающая геодинамические условия формирования гранитоидов, от островодужных и орогенных (островные и континентальные дуги, син- и постколлизионные) до анорогеных (рифтогенные и внутриплитные, связанные с плюмами) (Зоненшайн и др., 1976; Pitcher, 1979; Зоненшайн, Кузьмин, 1983; Кузьмин, 1985; Гордиенко, 1987; Богатиков, Цветков, 1988; Maniar, Piccoli, 1989; 1992; Добрецов, Чупин, 1993; Windley, 1995; Борукаев, 1996; Коваленко и др., 1996; Condie, 1997; Ярмолюк и др., 1997; Barbarin, 1999; Добрецов и др., 2001; 2003; Хаин, 2001; 2003; и др.).
Основные методы исследований. При выполнении работы используется комплекс геологических, геохимических, в том числе изотопно-геохимических и геохронологических методов. В работе использованы современные методы - рентгено-флуоресцентный и индукци-онно-связанной плазмы с масс-спектрометрическим окончанием (ICP-MS), позволяющие получить оригинальные анализы пород на петро-генные и редкие, в том числе редкоземельные элементы. Эти работы проводятся в Аналитическом центре ОИГГМ СО РАН и в Санкт-Петербургском научном центре РАН. При датировании магматических и метаморфических пород был использован комплекс изотопных методов: Sm-Nd, U-Pb, U-Th-Pb, Ar-Аг и Rb-Sr. При этом анализы изотопного состава пород были выполнены на многоколлекторном масс-спектрометре Finnigan МАТ-261, ИГГД РАН, г. С. Петербург; для датирования единичных зерен цирконов - на ионных микроанализаторах Camera IMS 1270, г. Стокгольм, Швеция и SHRIMP II, г. Перт, Австралия. Аг-Аг анализы выполнены на масс-спектрометре Noble gas 5400, ОИГГМ СО РАН, г. Новосибирск. Анализы изотопного состава Rb и Sr выполнены на масс-спектрометре МИ-120IT (ОИГГМ СО РАН, г. Новосибирск) и на 7-коллекторном масс-спектрометре Triton ТІ (ИГТД РАН, г. С. Петербург). Датирование одних и тех же пород комплексом методов позволяет установить модельный возраст про-толита, его природу, возраст образования пород и возраст метаморфических преобразований, учитывая разные температуры закрытия различных изотопных систем. Для выявления морфологических и ти-похимических особенностей цирконов, позволяющих, в частности, устанавливать их магматический генезис был применен комплекс методов: оптической и электронной микроскопии, катодо-люминес-ценции, рентгено-спектрального микроанализа и радиографии (ИГТД РАН, г. С. Петербург), а также микрозондового анализа на рентгено-спектрометрическом микроанализаторе "Comebax" (ОИГГМ СО РАН, г. Новосибирск). Именно сочетание всех имеющихся и полученных в ходе работы комплексных геохимических данных способствует корректному решению поставленной проблемы. Работа базируется на петрографических описаниях обширной коллекции шлифов (>500), петрохимических (150), геохимических (ICP-MS —110) и микрозон-довых (290) анализах, а также на изотопно-геохимических исследованиях (Sm-Nd, U-Pb, U-Th-Pb, Аг-Аг, Rb-Sr) для 20 гранитоидных массивов .
Защищаемые положения:
-
На Енисейском кряже и Таймыре установлены S, S-I, А и I геохимические типы гранитов, формирование которых происходило в коллизионной, анорогенной и островодужной геодинамических обстановках в неопротерозое из различных магматических источников - коровых, мантийно-коровых и мантийных. Коровые граниты S- и S-I-типов образовались в синколлизионных обстановках, мантийно-коровые граниты S-I- и А-типов - в синколлизионной, постколлизионной и анорогенной обстановках, мантийные и мантийно-коровые граниты I- и М-типов - в островодужных, надсубдукционных условиях.
-
Установлены следующие этапы формирования гранитоидов на Енисейском кряже и Таймыре в неопротерозое: коллизионных гранитов S- и S-I- типов в древних террейнах - 940-850 (мамонто-шренковские и фаддеевские) и 880-865 (тейские) млн лет назад; син- и постколлизионных гранитов S-I- и А-типов - 760-750 (аяхтинские) и 750-720 (глушихинские) млн лет назад; островодужных I- и М-типов -755-655 (челюскинские, становские, нижнетаймырские) и 700-630 (приенисейские) млн лет назад; анорогенных А- типа - 630 (татарские) млн лет назад.
-
Гранитные магмы S, S-I, А и I геохимических типов формируются в определенных температурных условиях: S-тип- средне-низкотемпературный с температурами насыщения цирконом Гь= ~800 С; S-1-тип - подразделяется на высоко- среднетемпературный с Т^ > 800 С и низкотемпературный с Тг < 800 С; 1-тип - средне-низкотемпературный с Г2г < 800 С; А- тип - отвечает наиболее широким вариациям значений TZi, которые меняются от максимально высоких - » 800 С до низких величин < 800 С.
-
В неопротерозойских структурах Енисейского кряжа и Таймыра на основе комплексных исследований гранитоидов устанавливается геохимическая эволюция континентальной коры:
на ранних стадиях каждого рассмотренного коллизионного этапа из континентальных коровых источников формируются граниты S- и S-I-типов (тейские и аяхтинские Енисейского кряжа, мамонто-шренковские и фаддеевские Таймыра);
на заключительных стадиях коллизионного этапа из мантийно-коровых магматических источников образуются гибридные граниты S-I- и А-типов;
вклад мантии в магматический источник гранитов возрастает в анорогенных (А-тип, плюмовый источник) и в островодужных обстановках (I- и М-типы, деплетированный источник).
Научная новизна и личный вклад работы состоит в создании качественно новых геохимических моделей формирования неопротерозойских гранитоидов в двух сложнопостроенных аккреционно-коллизионных поясах западного обрамления Сибирского кратона - Таймыре и Енисейском кряже. Методика комплексной интерпретации разнообразных материалов, включая прецизионные геохимические, изотопно-геохимические и геохронологические данные, позволяет расшифровать геохимическую эволюцию формирования континентальной коры по фактическому материалу, обработанному на уровне современных знаний. Геохимические выводы, сделанные в работе, дают новый взгляд на историю геологического развития региона. Автором впервые выполнена геохимическая типизация неопротерозойских гранитоидов Енисейского кряжа и Таймыра; выявлены закономерности, связанные с температурными условиями формирования гранитных магм различных геохимических типов. В результате проведенных исследований получены следующие новые научные результаты:
сделано первое крупное обобщение по геохимии и геохронологии неопротерозойских гранитоидов Енисейского кряжа, основанное на новых прецизионных данных: установлены коллизионные - тейский (880-865 млн лет), аяхтинский (760-750 млн лет) и глушихинский (750-720 млн лет), анорогенный - татарский (~630 млн лет) и островодужный приенисейский (700-630 млн лет) гранитоидные комплексы;
на основе новых прецизионных данных выполнена геохимическая типизация неопротерозойских гранитоидов Таймыра, включая наиболее древние граниты Мамонто-Шренковского террейна (940-885 млн лет) и островодужные граниты районов рек Нижняя Таймыра, Жданова, Становая (755-655 млн лет);
с применением комплекса методов исследований цирконов, морфологических, изотопных и микрозондовых анализов, была доказана их магматическая природа и оценена температура насыщения цирконов (Ггг) в гранитных расплавах, а также установлены зависимости величины Тъ в различных геохимических типах гранитов от их источниковых характеристик и геодинамических условий формирования;
в геохимической эволюции континентальной коры Енисейского кряжа и Таймыра в неопротерозое для каждого коллизионного этапа установлены особенности распределений химических элементов в гранитоидах: на ранних стадиях образуются коровые, а на поздних -мантийно-коровые и мантийные породы.
Практическая значимость работы состоит в выделении гранитоидных серий и комплексов и их полной геохимической и геохронологической характеристике, что необходимо при проведении разнообразных геологических работ, включая государственное картирование. Рудная направленность гранитоидов и ассоциирующих с ними магматических и метасоматических пород определяется характером поведения химических элементов в этих породах, что также является предметом исследования в данной работе.
Апробация работы. Результаты интерпретации комплексных данных, полученных в ходе исследований неопротерозойских гранитоидов, и основные положения диссертационной работы докладывались на конференциях и совещаниях: РФФИ -Новосибирск, 1996 г., Иркутск, 2004 г.; международной конференции по Арктическим окраинам - Целле, Германия, 1998 г. и Дартмут, Канада, 2003 г; совещаниях рабочей группы ЕВРОПРОБА - Новосибирск, 2000 г., Санкт-Петербург, 2000 г.; Хаттонском симпозиуме - Клермонт-Ферранд, Франция 1999 г.; Международных геологических конгрессах - Пекин, Китай, 1996 г., Рио де Жанейро, Бразилия, 2000 г., Флоренция, Италия, 2004 г.; Европейского Союза Геологических наук - Страсбург, Франция, 2001 г., Ницца, Франция 2003 г.; Всероссийских петрограф, совещаниях - Сыктывкар, 2000 г., Всеросс. совещ., посвящ. 100-летию со дня рожд. ак. Ю.А. Кузнецова - Новосибирск, 2003 г.; Российской конференции по изотопной геохронологии - Санкт-Петербург, 2003 г.; совещании "Геодинамическая эволюция литосферы Центрально-Азиатского подвижного пояса (от океана к континенту)" - Иркутск, 2004 г.; Гольдшмидтовской конференции - Москоу, США, 2005 г.
По теме диссертации опубликовано 65 научных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Она содержит 307 страниц текста, включая 100 рисунков и 30 таблиц.
