Термохронологическая модель ранних каледонид Ольхонского региона : Западное Прибайкалье Юдин Денис Сергеевич

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Юдин Денис Сергеевич. Термохронологическая модель ранних каледонид Ольхонского региона : Западное Прибайкалье : диссертация ... кандидата геолого-минералогических наук : 25.00.04, 25.00.09 / Юдин Денис Сергеевич; [Место защиты: Ин-т геологии и минералогии СО РАН].- Новосибирск, 2008.- 177 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-4/48

Введение к работе

Актуальность исследований. Построение геодинамических моделей формирования коллизионных орогенов, их классификация и диагностические признаки, а также выявление взаимосвязи метаморфизма, магматизма и структурных деформаций являются фундаментальными проблемами в науках о Земле [Condie, 1976; Добрецов, 1981;Хаин,Лобковский, 1990; Буданов, 1993; Sengor, 1998; Добрецов и др., 2001; Розен, Федоровский, 2001; Владимиров и др., 2003]. Ключевое звено в их решении - оценка длительности орогенеза в целом и его отдельных этапов, скорости горообразования и развала (коллапса) горно-складчатых сооружений. Эти характеристики удаётся получить, используя мультисистемное изотопное датирование минералов при реконструкции термической истории горных пород [Додеон, 1973; Поно-марчук и др., 1998; Лепезин, и др., 2006]. В этом плане особое внимание сейчас привлекают ранние каледониды Центрально-Азиатского складчатого пояса (ЦАСП), прошедшие полный цикл развития (см., например, IGCP-420, 440, 480). Изучение термохронологической истории разноглубинных фрагментов ранних каледонид ЦАСП позволяет не только воссоздать картину орогенеза, но и важно при разработке методов геокартирования глубинных уровней коллизионных систем.

Объектами исследования выбраны метаморфические и магматические комплексы Ольхонского региона (Западное Прибайкалье), на примере которых отработана методология реконструкции термической истории ранних каледонид, находящихся в непосредственном соприкосновении с цоколем Сибирской платформы. Основное внимание уделено Приольхоныо, где на современном эрозионном срезе обнажен пакет литопластин с контрастным метаморфизмом от гранулитовой до эпидот-амфиболитовой фаций и сопряженным в пространстве и времени мантийным, мантийно-коровым и коровым магматизмом (Приложения 1-2).

Цель настоящей работы - разработка методологии термохронологических реконструкций и построение термохронологической модели эволюции ранних каледонид Ольхонского региона (Западное Прибайкалье), что предполагало решение следующих задач: 1) на основе детальных карт ключевых участков, отражающих взаимосвязь метаморфизма, магматизма и структурных деформаций в отдельных литопластинах, создать эталонную коллекцию образцов; 2) дать минералого-петрографическую и петрогеохими-ческую характеристику горных пород и оценить физико-химические параметры их формирования; 3) провести ⁴⁰Аг/^3,Аг и U/Pb изотопное датирование породообразующих и акцессорных минералов; 4) построить термохронологические тренды для каждой литопластины (зоны) в координатах "температура - время" и "глубина - время"; (5) оценить длительность раннекале-донского орогенеза в целом и выяснить возрастные рубежи главных текто-нометаморфических и тектономагматических событий.

Фактический материал и методы исследования. В основу работы положены рабочие материалы, полученные автором в 2003-2007 гг., геологические коллекции метаморфических и магматических пород научных руководителей А.Г. Владимирова (1993-2007 гг.) и А.В. Травина (2003-2007 гг.), а также А.С. Мехоношина и Т.Б. Колотилиной (ИГХ СО РАН), Н.И. Волковой, СВ. Хромых, В.В. Хлестова, B.C. Сухорукова, В.Г. Владимирова и С.Н. Руднева (ИГМ СО РАН), Ю.А. Костицына (ГЕОХИ РАН), Е.В. Склярова, Д.П. Гладкочуба, Т.В. Донской и A.M. Мазукабзова (ИЗК СО РАН), К.А. Докукиной (ГИН РАН). Следует особо подчеркнуть, что выполнение

данной работы было бы невозможным без геологической карты и геоинформационной базы данных B.C. Федоровского (ГИН РАН), геохимических данных Ф.А. Летникова, В.А. Савельевой (ИЗК СО РАН) и В.А. Макрыгиной (ИГХ СО РАН). Рабочая коллекция, имевшаяся в распоряжении автора, включает 780 образцов и прозрачных шлифов, 410 силикатных анализов и более 2700 элементоопределений на редкие и редкоземельные элементы. Содержания петрогенных оксидов определялись методом РФА в ИГМ СО РАН (А.Д. Киреев) и ИГХ СО РАН (Т.В. Ожогина); РЭ и РЗЭ - методом ICP-Ms в ИГМ СО РАН (И.В. Николаева, СВ. Палесский) и ИГХ СО РАН (Е.В. Смирнова и Н.Н. Пахомова). Определение состава породообразующих минералов (более 300) проведено методом микрорентгено-спектральиого анализа (Camebax-Micro) в ИГМ СО РАН (О.С. Хмельникова, Е.Н. Нигматулина). Полученные геологические и аналитические материалы позволили создать эталонную коллекцию образцов для U-Pb и Ar-Ar-датирования, охватывающую максимально полный спектр метаморфических и магматических пород на ключевых участках (гранулитовая, амфиболитовая и эпидот-амфиболи-товая фации метаморфизма).

U-Pb изотопное датирование проводилось по индивидуальным зернам циркона на ионном микрозонде SHRIMP-II в Центре изотопных исследований ВСЕГЕИ (отв. исп.: Д.И. Матуков, геологи - А.Г. Владимиров, Д.С. Юдин, СВ. Хромых; морфогенетический анализ цирконов - С.Н. Руднев, аналитик - Е.Н. Лепехина). Для одной пробы синметаморфических гранитов проведено контрольное изучение монофракции циркона двумя методами: 1) SHRIMP-II, ЦИИ ВСЕГЕИ, г. Санкт-Петербург, Д.С. Матуков); 2) "классическая" цирконометрия из микронавески, отобранной под бино-куляром, на масс-спектрометре "TRITON" (лаборатория изотопных исследований, ГЕОХИ РАН, г. Москва, Е.В. Бибикова). Хорошая сходимость полученных экспериментальных данных (проба № 20-TR; SHRIMP-II, Т = 459.6± ±1.4 млн. лет; TRITON, Т = 458.1 ± 2.2 млн. лет) позволила перейти к полномасштабному использованию U-Pb изотопных данных, полученных методом SHRIMP-II, для построения термохронологической модели ранних ка-ледонид Ольхонского региона (Западное Прибайкалье).

^юАтР⁹Аг изотопное датирование К-содержащих минералов (амфибол, биотит, мусковит, полевые шпаты) являлось главным методом при реконструкции термохронологических трендов. Основные положения ⁴⁰Аг/^иАг -метода приведены в первой главе диссертации. Здесь же отметим, что автор стремился использовать при аналитических исследованиях (U/Pb, '"'АгЯ'Аг) одни и те же образцы, а когда это было невозможно, - проводить изотопное датирование на локальных геологических объектах, история геологической эволюции которых была подтверждена прямыми полевыми наблюдениями, составом пород и минералов, согласованными трендами эволюции Р-Т-па-раметров метаморфизма и магматизма.

Защищаемые положения.

Общая продолжительность активных геологических процессов в пределах ранних каледонид Ольхонского региона Западного Прибайкалья составляет 120-100 млн. лет.
Геологические события включают:

1500-485 млн. лет - метаморфизм гранулитовой фации, становление и тектоническое экспонирование пироксенит-габбровых массивов, локальные выплавки гиперстенсодержащих плагиогранитоидов;

1470-460 млн. лет - метаморфизм амфиболитовой фации, масштабное гранитообразование;

1445-430 млн. лет - метаморфизм эпидот-амфиболитовой фации, магматизм отсутствует, интенсивные сдвиговые деформации, субсинхронные с реактивацией Приморского разлома, маркирующего границу цоколя Сибирской платформы;

1415-390 млн. лет - разномасштабное тектоническое экспонирование отдельных литопластин, включающих магматические тела, и их выведение в верхние горизонты земной коры.

3. Термические события, зафиксированные в метаморфических и магматических породах на разноглубинных срезах отдельных литопластин Приольхонья, имеют дискретный характер. Продукты мантийного магматизма, высокотемпературного метаморфизма и масштабного гранитообра-зования установлены только в интервале ~ 500-460 млн. лет (U/Pb, ⁴⁰Ar/^MAr-изотопное датирование), а относительно низкотемпературные метаморфические процессы, связанные с вязко- и хрупкопластичными сдвиговыми деформациями, продолжались ещё длительное время, охватив интервал 445-390 млн. лет (⁴⁰Аг/³⁹Аг -изотопное датирование).

Научная новизна. Впервые проведено мультисистемное изотопное датирование (U/Pb - циркон, SHRIMP-II; ⁴⁰Аг/³⁹Аг - амфибол, биотит, мусковит и калиевый полевой шпат) метаморфических и магматических пород Ольхонского региона Западного Прибайкалья, позволившее установить длительность орогенеза (120-100 млн. лет) и дискретность происходивших в это время активных геологических процессов. Подтвержден фанерозойский возраст гранулитового метаморфизма (~ 500 млн. лет) и впервые всесторонне обоснована для ранних каледонид ЦАСП корректность модели тектонического экспонирования литопластин. Для глубинных уровней земной коры разработана методология термохронологических реконструкций включающая мультиизотопное, мультиминералыюе исследование взаимодополняющих: а) магматических, метасоматических минеральных парагенезисов, "законсервированных" в пределах жестких ультрабазитовых, базитовых тел; б) первичных метаморфических минеральных парагенезисов; в) синдефор-мационных минеральных парагенезисов.

Практическая значимость. Выявленные закономерности поведения К-Аг и U-Th-Pb радиогенных систем на глубинных уровнях земной коры позволяют перейти при крупномасштабном картировании (1:50 000 - 1:10 000) интенсивно дислоцированных структурно-вещественных комплексов от "точечных" определений возраста к сравнительному мультисистемному анализу термохронологических трендов отдельных геоблоков и литопластин. Аналогичный подход апробирован лишь на единичных полигонах (Пами-ро-Гималаи [Searle et al., 1999], Аппалачи [Harrison et al., 1996; Roger et al., 2000]. Его внедрение в практику геологоразведочных работ позволит перейти к оценке структурного контроля крупных и уникальных метаморфоген-ных и магматогенных месторождений на основе P-T-x-d-t-трендов отдельных геоблоков и литопластин, участвующих в их строении. Следует особо подчеркнуть, что Приольхонье, где был сосредоточен основной объём полевых и аналитических исследований, сейчас рассматривается, как учебный полигон для геологоразведочной практики Иркутского политехнического университета, а также подготовки магистрантов и аспирантов ведущих научных центров России (Интеграционный проект РАН - СО РАН ОНЗ-7.10.2; проект РНП 2.1.1.702 целевой программы "Развитие научного потенциала высшей школы 2006-2008 гг." Министерства образования и науки России).

Апробация работы и публикации. По теме диссертации опубликована 21 работа, в том числе 6 статей в рецензируемых журналах. Диссертационные

материалы частично включены в путеводитель международной экскурсии IGCP-480 [Fedorovsky et al., 2005], а также апробированы в ходе геологических маршрутов при проведении Байкальской конференции "Базит-ультрабазитовые комплексы складчатых областей" [Мехоношин и др., 2007]. Результаты работ представлены в виде устных докладов на 6 российских и международных конференциях, которые проходили в Москве (2005-2007), Иркутске (2003-2007) и Новосибирске (2003-2006). Исследования по теме диссертации были поддержаны РФФИ (гранты №02-05-64455, 02-05-65319,03-05-65099,04-05-64437,05-05-64317,06-05-65052,07-05-00980), Президиумом СО РАН в рамках конкурса молодёжных проектов, а также проектами ОНЗ-7.10.2, РНП 2.1.1.702).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения, содержит 44 рисунка и 19 таблиц, всего 177 страниц. Список литературы включает 123 наименования.