Введение к работе
Актуальность работы. Одной из главных проблем в настоящее время является количественная оценка Р-Т условий метаморфизма и реконструкция на этой основе картины пространственного распределения температур и давления при формировании древних метаморфических толщ Детальное изучение геологии и петрологии метаморфических комплексов, широкое применение результатов экспериментального моделирования природных процессов и постоянное развитие методов парагенетического анализа значительно расширили в последнее время представления о термодинамических условиях метаморфизма
Вместе с тем из-за неоднозначности получаемых результатов и слоаности проблемы имеющихся данных все еще недостаточно, и это составляет место для широкой дискуссии по самым различным вопросам Поэтому за последние десятилетия исследование флюидных включений стало одним из важнейших и перспективных методов познания физико-химических и геохимических особенностей глубинных геологических процессов Флюидные включения в минералах, захваченные во время их кристаллизации и в ходе последующих метаморфических преобразований, являются единственным прямым источником информации о составе, плотности и эволюции флюида при метаморфизме
Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы - реконструкция условий метаморфизма пород архейских железистых формаций Сарматии (Воронежский кристаллический массив (ВКМ) и Украинский щит (УЩ)) (Р-Т параметры, флюидный режим и его связь с основными метаморфическими событиями) В соответствии с этой целью при проведении исследования были определены следующие задачи
анализ распределения и морфологии флюидных включений в различных минералах гранулитов пород железистой формации, метапелитов, метабазитов,
оценка состава и плотности древнего захороненного метаморфического флюида,
выявление генераций флюидных включений и определение хронологической последовательности их формирования,
оценка Р-Т параметров и флюидного режима метаморфизма
Фактический материал и методы исследования. Объектом исследований являлись породы архейской железисто-кремнистой формации Курско-Бесединского блока ВКМ и Приазовского блока УЩ
Основой для исследований послужили материалы, собранные автором в течение 2003-2007 гг при выполнении тематических работ, проводившихся по планам научных программ Минобразования РФ, грантам ФЦП «Интеграция» (проект Э-0348), Президента РФ (проект МД-248 2003 05), «Российские университеты» (НИЧ-5041 и Российского фонда фундаментальных исследований (проекты 01-05-65018, 03-05-64071,04-05-64585,04-05-65109, 06-05-64088)
В процессе выполнения работ детально задокументирован керн 36 скважин и детально описаны шлифы и пластинки для изучения флюидных включений по 22 скважинам При исследовании вещественного состава пород использовался комплекс методов оптической микроскопии и аналитических исследований Рентгеноспектральные исследования выполнялись в прозрачных шлифах на микроанализаторе "CamScan" с энергодисперсионным спектрометром "Link" (ИЭМ РАН) Состав включений был проанализирован на рамановских одноканальных спектрометрах с Аі-лазером "Ramanor U-1000" (Франция) (ИМиП СО РАН, Новосибирск) и RM1000 (Renishaw) (ИЭМ РАН, Черноголовка)
Исследования флюидных включений выполнялись на установке «Linkam» с рабочим температурным интервалом от -196С до 600С (THMSG 600) и автоматическим режимом нагревания и охлаждения образца со скоростью от 0 1 до 90/мин Для расчета плотности, мольных объемов и изохор флюидных включений использовалась программа FLUIDS (Bakker, 2003) Для окончательного анализа полученных результатов в каждом конкретном зерне выделялись «группы синхронных включений» (ГСВ) (Fonarev, 1998), одновременность захвата которых не вызывала сомнений и, соответствовала критериям, обычно используемым в хронологии флюидных включений (Touret, 1981, Touret, 2001) Для количественной оценки Р-Т условий метаморфизма использовалась система согласованных минералогических термометров и барометров
Научная новизна Детально исследованные углекислотные включения очень высокой плотности из архейских железистых кварцитов Воронежского
кристаллического массива и Украинского щита наряду с обнаруженными в этих породах структурами распада сосуществующих орто- и клинопироксеїюв позволили впервые определить условия пикового метаморфизма в регионе
Интерпретация данных по флюидным включениям в минералах позволила скорректировать параметры и тренд метаморфизма, обосновать его полистадииность, определить флюидный режим метаморфических преобразований Сделан вывод о гетерогенном, по крайней мере, двухфазовом, характере метаморфогенного флюида
Установлен реликтовый (протолитовый) характер N2(± СН4) флюида, что определяет его важное значение в качестве биомаркера мезоархейских осадков
Следует отметить, что до сих пор исследования флюидных включений в метаморфических породах ВКМ не проводилось
Практическая значимость результатов работы. Проведенная реконструкция метаморфической истории тектоно-термальных событий архейских железистых формаций ВКМ и УЩ может быть использована для более полной и объекшвной оценки геодинамического режима на ранних стадиях развития Земли (в архее и палеопротерозое) для типичных докембрийских регионов
Комплексное исследование Р-Т параметров и флюидного режима метаморфизма как методами минералогической термобарометрии, так и микротермометрии (исследования флюидных включений в минералах) могут применяться в практике фундаментальных и прикладных исследований
Результаты исследований использовались в Воронежском государственном университете при составлении карты метаморфизма докембрия Восточно-Европейской платформы масштаба 1 1000000 (объект 7 4 - 04106 Федерального агентства по недропользованию России)
На защиту выносятся следующие положения.
-
Архейские гранулиты ВКМ содержат преимущественно углекислотные включения и значительно реже азотно-метановые, азотно-водные, водно-солевые и водные Выделено три генерации углекислотных включений FL1 с минимальными температурами гомогенизации -49 2С, FL2a и FL2b с Thmm = -14 2 и 0 1 С соответственно, и FL3 с Thmm = 22 3 "С
-
В гранулитах Приазовского блока УЩ присутствуют в основном углекислотные включения и в значительно меньшем количестве азотно-метановые,
водно-солевые и водные включения Выделяются две генерации углекислотных включений FL1 с минимальными температурами гомогенизации -46 6С и FL2 с ThmM = -29 3 С
3 По положению изохор углекислотных включений и данных минералогической термобарометрии в метаморфической истории выделяются следующие метаморфические события для гранулитов ВКМ - Ml - при Т> 1000С, Р = 10-11 кбар, М2 - Г = 710С, Р = 4 6-5 2 кбар, МЗ - Т = 615С, Р = 3 5 кбар, для гранулитов Приазовского блока УЩ - Ml - при Т > 930С, Р = 9-Ю кбар, М2 - Т = 695С,Р=5-5 4кбар
Апробация результатов исследования. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных и российских совещаниях ("ECROFI" (Siena, Italy, 2005)), "Granuhtes and Granuhtes 2006" (Brazil, 2006)), «Геологи XXI века» (Саратов-2005), «Ломоносов-2005» (МГУ им М В Ломоносова, 2005 г), "Апатиты-2006" (Апатиты, 2006), "Метаморфизм и геодинамика" (Екатеринбург, 2006), Гранулитовые комплексы в геологическом развитии докембрия и фанерозоя" (Санкт-Петербург, 2007)), а также на ежегодных научных сессиях геологического факультета Воронежского государственного университета (2004-2007 гг) Основное содержание диссертации отражено в 11 опубликованных работах и тезисах вышеупомянутых совещаний и конференций. Работа выполнена на кафедре полезных ископаемых и недропользования Воронежского государственного университета и в лаборатории метаморфизма Института экспериментальной минералогии РАН с 2003 по 2007 год
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения общим объемом 105 страниц, включая 65 страниц текста, 8 таблиц, 27 рисунков и список литературы из 73 наименований
