Введение к работе
Актуальность темы исследования.
Изотопно-геохимические исследования актуальны и необходимы в Онежской структуре Балтийского щита. В разрезе нижнепротерозойского -Карельского комплекса этой структуры широко распространены шунги-ты - уникальные природные восстановленные соединения углерода (ВСУ). Происхождение шунгитов рассматривается и обсуждается с альтернативных точек зрения уже не одно десятилетие, но до настоящего времени остается невыясненным. Данная работа направлена на достижение положительных результатов в указанных направлениях и, прежде всего, на выявление и датирование этапов преобразования пород.
Цель диссертации. Выявление возможных причин и условий преобразования высокоуглеродистых пород по данным об изотопах легких элементов (С, О, N, S) на основе датирования вещества (U-Pb, Sm-Nd, Lu-Hf) шун-гитсодержащих пород разного типа: поствулканических гидротермальных, метаморфических.
Задачи исследования:
-
Изучение особенностей геохимии стабильных изотопов углерода, кислорода, серы и азота в метаосадках из палеопротерозойского разреза Онежской структуры с целью определения условий осадконакопления, а также выявления пород с разной степенью переработки.
-
Изучение уран-свинцовой (U-Pb) системы в углеродистой породе в целом - для оценки степени воздействия вторичных процессов.
-
U-Pb датирование цирконов из метаосадков и метавулканитов людико-вия.
-
Определение морфологических, геохимических (спектры распределения РЗЭ) и изотопно-геохимических (Hf и Nd) характеристик цирконов, маркирующих различные геохронологические рубежи.
-
Выявление этапов образования и преобразования пород и связи отдельных этапов с эндогенными процессами на Балтийском щите.
Фактический материал и методы исследований. Каменный материал был отобран из керна скважин и при полевых работах в ходе учебно-производственной практики в СПбГУ летом 2001, 2004 и 2005 гг. под руководством Ю.С. Полеховского.
В ходе исследования был проанализирован изотопный состав ВСУ в 20 образцах, изотопный состав серы в 18 образцах сульфидов, изотопный состав углерода и кислорода в 10 образцах карбонатных пород, изотопный состав азота в 2 образцах шунгитовых пород. Также были изучены цирконы из 8 проб (2 метаосадочных и 6 метавулканических пород).
Петрографические характеристики пород и структурно-морфологические особенности минералов исследовались оптическими методами в шлифах. Выделение цирконов проводилось в лабораториях кафедры ГМПИ СПбГУ и ЦИИ ФГУП «ВСЕГЕИ» с применением тяжелых жидкостей и электромагнитной сепарации.
Весь комплекс изотопных и локальных геохимических исследований был осуществлен в ЦИИ ФГУП «ВСЕГЕИ». Автор участвовал в получении изотопных и геохимических данных при помощи системы лазерной абляции с использованием масс-спектрометров с индуктивно-связанной плазмой (LA-ICPMS), а также участвовал в подготовке препаратов для измерения и в обработке результатов. Изучение стабильных изотопов было осуществлено на масс-спектрометрическом комплексе (IRMS) - ThermoFinnigan Delta plus XL с элементным анализатором CE/NA-1102 и системой разложения карбонатов (GasBench) ортофосфорной кислотой.
Датирование цирконов производилось при помощи прецизионного вторично-ионного изотопного масс-спектрометра высокого разрешения SIMS SHRIMP-II. Измерения проводились по методике, описанной в работе (Williams, 1998). Локальный элементный анализ в цирконах также осуществлялся на SHRIMP-II по методике, описанной в (Hoskin and Ireland, 2000).
Изучение U-Pb и Sm-Nd изотопных систем в породах осуществлялось по стандартной методике химической пробоподготовки с изотопным разбавлением и с проведением измерений на TIMS ThermoFinnigan Tritone.
Определение изотопного состава гафния в цирконах было выполнено при помощи системы лазерной абляции (LA-MCICPMS) с ультрафиолетовым лазером (New Wave DUV-193) и масс-спектрометра с ионизацией в индуктивно-связанной плазме (ThermoFinnigan Neptune MCICP-MS), следуя аналитическим процедурам (Лохов К. И. и др., 2009).
Научная новизна и практическая значимость работы. Диссертация является первым комплексным исследованием, посвященным выявлению этапов преобразования высокоуглеродистых пород Онежской структуры.
В данной работе впервые были получены следующие результаты:
-
Осуществлено изучение U-Pb системы в цирконах из вулканогенно-осадочных пород заонежской свиты.
-
Изучены спектры распределения редкоземельных элементов в цирконах различных морфологических типов и различных возрастных групп.
-
Исследованы изотопные системы U-Pb и Lu-Hf в цирконах, Sm-Nd, U-Pb в породах для выявления различных генетических типов цирконов.
Впервые выделены этапы образования и преобразования высокоуглеродистых пород, установлены неоднократные этапы активизации в период времени от палеопротерозоя до мезозоя.
Для решения поставленных геологических задач в данном регионе необходимо именно комплексное изотопное изучение пород и минералов.
Полученные результаты могут быть использованы для дальнейшего изучения метаморфических преобразований, процессов протерозойской и фанерозой-ской активизаций на Балтийском щите, а также для выяснения процессов концентрирования металлов в углеродсодержащих породах.
Защищаемые положения.
-
Широкие вариации значений 513С и 515N в шунгитах, 813С и 5180 в карбонатах и 534S в сульфидах являются следствием метаморфо-метасоматического преобразования высокоуглеродистых пород людиковийской толщи.
-
Выявлена последовательность геологических событий в Онежской структуре. В метаосадочных и метавулканических породах заонежской свиты людиковия (2070-1975 млн лет) присутствуют генерации цирконов нескольких временных этапов (млн лет): 2748± 15 (детриты), 1987±28 (предположительно, людиковийский вулканизм), 1746±15 (свекофеннская орогения и метаморфизм), 1573 ±43 (формирование гранитов рапакиви). Выявлены цирконы со значением конкордантного U-Pb возраста в интервале от 1100 до 200 млн лет, отвечающие процессам, пока не выявленным в виде эндогенной активности в пределах Онежской структуры.
-
Для цирконов свекофеннского возраста характерен исключительно «магматический» тип распределения РЗЭ. В остальных возрастных группах цирконов присутствуют два типа распределения редкоземельных элементов: «магматический» и «гидротермальный».
-
По данным об изотопном составе неодима и гафния цирконы с возрастом более 2 млрд лет являются захваченными, а цирконы с возрастом менее 1740 млн лет имеют метаморфогенный генезис. Цирконы с фанерозойскими возрастами характеризуются избыточным радиогенным гафнием.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 8 глав, заключения и приложения общим объемом 127 страниц печатного текста. Работа включает 88 рисунков и фотографий, а также 17 таблиц. Список литературы состоит из 46 наименований публикаций отечественных и зарубежных авторов.
Похожие диссертации на Эволюция палеопротерозойских высокоуглеродистых пород Онежской структуры по изотопным данным
