Введение к работе
Актуальность исследования
Глинистые сланцы и продукты их метаморфизма в отношении поведения ряда микроэлементов являются индикаторами состава континентальной коры, а их геохимическая летопись позволяет проследить ее эволюцию. Значительную долю в строении докембрийских метаморфических комплексов в складчатом обрамлении юго-западной окраины Сибирского кратона составляют пелиты специфического железисто-глиноземистого состава, метаморфизм которых приводит к появлению редких минеральных парагенезисов с участием экстремально железистых минералов: хлоритоид + биотит, хлоритоид + биотит + андалузит и кордиерит + гранат + мусковит (Likhanov et al., 2001). Петрологические аспекты метаморфической эволюции этих пород изучены достаточно полно, что позволило выявить существенные различия в топологии Р-Т диаграмм для типичных и железисто-глиноземистых метапелитов (Лиханов и др., 2005). Их геохимическая специфика, особенно в отношении индикаторных для выяснения особенностей формирования протолита микроэлементов, и геодинамическая обусловленность изучены гораздо слабее, что вызывает противоречивость взглядов на их происхождение. Дальнейшее накопление и анализ геохимических данных в разных геотектонических обстановках позволят сделать существенный вклад в решение этих вопросов. Повышенный научный интерес к вышеупомянутым проблемам отражает их фундаментальное значение не только в общегеологическом аспекте, но и как основы для реконструкции процессов формирования акреционно-коллизионных структур континентов и тектонической эволюции покровно-складчатых поясов на границе кратонов. В частности, исследования по строению континентальных окраин Сибири имеют важное значение для решения широко дискутируемого в современной литературе вопроса о вхождении Сибирского кратона в состав древнего суперконтинента Родиния и последующего его распада с образованием Палеоазиатского океана (например, Pisarevsky et al., 2003).
Объекты исследования
В качестве объектов исследования были выбраны метаморфические комплексы железисто-глиноземистых метапелитов Кузнецкого Алатау и Енисейского кряжа, сформированные в обстановках контактового и коллизионного метаморфизма.
Главной целью работы является реконструкция метаморфической эволюции железисто-глиноземистых метапелитов юго-западной окраины Сибирского кратона, состава и природы их протолита.
Достижение поставленной цели включает последовательное решение следующих задач:
1) Проведение геологического картирования объектов исследования и их геохимическое опробование. На основании детальных исследовании минералов, их микроструктурных взаимоотношений и минеральных
парагенезисов определение ширины метаморфических зон и пространственного положения изоград.
-
На основании составов породообразующих минералов и их зональности оценка Р-Т условий и построение Р-Т трендов метаморфической эволюции. Выяснение закономерности в изменении набора минеральных парагенезисов и химического состава минералов в зависимости от вариаций физико-химических параметров метаморфизма.
-
Расчет и обоснование химических реакций регионального и коллизионного метаморфизма, ответственных за развитие минеральных парагенезисов и метаморфических микротекстур.
-
На основе изотопного датирования оценка возраста коллизионного метаморфизма.
-
На основе анализа геохимической информации по содержанию главных, редких и редкоземельных элементов (РЗЭ) в железисто-глиноземистых метапелитах реконструкция состава и основных черт формирования их протолита.
Основные защищаемые положения:
-
Контактовый метаморфизм железисто-глиноземистых филлитов амарской свиты вендского возраста в Кузнецком Алатау осуществлялся в диапазоне температур от Т = 430 до 640С при постоянном давлении Р = 3.1-3.5 кбар. В заангарской части Енисейского кряжа коллизионному метаморфизму умеренных давлений подвергались регионально-метаморфические породы низких давлений кординской свиты и тейской серии среднерифейского и нижнепротерозойского возрастов, соответственно." Оцененные параметры метаморфизма составляют: Т = 560-600С при Р - 4.5-6.7 кбар для кординской свиты и Т = 630-710С при Р = 5.8-8.4 кбар для тейской серии. Особенностью этого метаморфизма, локализованного в узких, непосредственно примыкающим к надвигам зонах с мощностью от 4-5 до 6-8 км, является развитие деформационных текстур/структур и бластомилонитов с кианитом, силлиманитом, гранатом и ставролитом по андалузитсодержащим парагенезисам, сформированных при постепенном повышении давления при приближении к надвигам и низком геотермическом градиенте (не более 12С/км).
-
Оценки возрастов, соответствующие этапу охлаждения пород до температур ниже 360С, полученные методом 40Аг/3?Аг датирования по биотиту из метапелитов кординской свиты внешней и внутренней зон коллизионного метаморфизма, составляют 823.2±8.7 и 826.3±7.4 млн. лет. Интерпретация этих данных в рамках тектоно-термальной эволюции пород с учетом скорости их эксгумации свидетельствует о неопротерозойском (~850 млн. лет) возрасте кульминационной стадии коллизионного метаморфизма.
3. Пелиты существенно железисто-глиноземистого состава,
метаморфизм которых приводит к появлению редких минеральных
парагенезисов, изначально представляли собой переотложенные и
метаморфизованные продукты докембрийских кор выветривания каолинитового типа преимущественно каолинит-монтмориллонит-хлорит-гидрослюдистого состава. Образование протолита метапелитов тейской серии и кординской свиты (Енисейский кряж) происходило за счет размыва постархейских комплексов пород в основном кислого (гранитоидного) состава. Образование протолита амарской свиты (Кузнецкий Алатау) происходило с вовлечением в область эрозии вулканогенного материала основного состава, сформированного в островодужных обстановках.
Научная новизна
Получены новые данные о составе и природе протолитов железисто-глиноземистых метапелитов Енисейского кряжа и Кузнецкого Алатау. Установлено, что они представляют собой переотложенные и метаморфизованные породы кор выветривания каолинитового, а не латеритного типа, как считалось ранее (например, Головенок, 1977; Jan, Rafiq, 2006). Показана гетерогенная природа их протолитов. Выяснены характерные признаки и связь коллизионного метаморфизма в заангарской части Енисейского кряжа с образованием надвигов. Результаты 40Аг/39Аг датирования возраста коллизионного метаморфизма позволили установить возрастные взаимоотношения между магматической и тектонической активностью в регионе.
Практическая значимость
Полученные новые данные об эволюции, природе протолита и возрасте метаморфизма ряда полиметаморфических комплексов железисто-глиноземистых метапелитов заангарья Енисейского кряжа и Кузнецкого Алатау, могут быть использованы для разработки современных корреляционных схем метаморфических и магматических комплексов Центрально-Азиатского складчатого пояса и выяснения сложной тектонической структуры юго-западного обрамления Сибирской платформы. Участки с повышенным содержанием А1203 (до 32 мас. %) в Кузнецком Алатау перспективны для проведения поисковых работ на глиноземистое сырье.
Фактический материал, аналитические методы исследования
В основу работы положены материалы, полученные автором за время обучения в магистратуре/аспирантуре и работы в лаборатории метаморфизма и метасоматоза с 1998 по 20Q7 г. За это время автором отобрано более 300 образцов, изучено более 200 петрографических шлифов, получен обширный аналитический материал, включающий более 100 химических анализов горных пород, более 300 химических анализов породообразующих минералов, более 50 определений содержаний микроэлементов и 2 датирования возраста 40Аг/39Аг методом.
Содержания главных породообразующих компонентов определены методом рентгенофлюоресцентного анализа (CRM-25). Химический состав минеральных фаз установлен с помощью рентгеноспектрального
микроанализатора (Camebax-micro). Содержания редких элементов, включая РЗЭ, определены с помощью высокочувствительного масс-спектрометра высокого разрешения с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS, Element). Датирование времени метаморфизма по биотиту 40Аг/39Аг методом проведено на масс-спектрометре "Micromass Noble Gas 5400". Все анализы выполнены в Аналитическом центре ИГМ СО РАН.
Апробация работы и публикации
По теме диссертации опубликовано 14 работ, в том числе 9 статей в рецензируемых журналах и 5 расширенных тезисов в сборниках. Отдельные результаты исследований были представлены в виде докладов на конференции "Метаморфизм и геодинамика" (Екатеринбург, 2006) и на Второй Всероссийской школе по литохимии (Сыктывкар, 2006).
Структура и объем работы
