Введение к работе
Актуальность темы. В строении Курского блока (структурно-фациальной зоны КМА) Воронежского кристаллического массива (ВКМ) выделяется несколько ультрамафит-мафитовых комплексов: бесединский перидотит-пироксенит-габбронорит-анортозитовый, сергиевский (железногорский) дунит-перидотитовый, дубравинский щелочно-карбонатит-ультрамафитовый, золотухинский дунит-перидотит-габброноритовый и смородинский троктолит-габбродолеритовый – каждый из которых характеризует определённый этап в эволюции всего региона (Чернышов, 2004; Чернышов, Ненахов, 2011). Среди этих комплексов особый интерес представляют интрузии, относящиеся к двухфазному дунит-перидотит-габброноритовый золотухинскому комплексу. Они приурочены к палеопротерозойским зонам ремобилизации коры и по традиционным представлениям (Ненахов 2011, Холин 2001, Чернышов 2004) рассматриваются как продукты континентального рифтогенеза того времени, но практически не упоминаются в существующих моделях эволюции ВКМ (Буш и др., 2000; Божко и др., 2002; Щипанский и др., 2007). Вероятно, это связано с тем, что несмотря на значительную степень изученности зон палеопротерозойского континентального рифтогенеза, широкий временной интервал становления породных ассоциаций рифтогенных структур, существенный вклад процессов корово-мантийного взаимодействия, и, как следствие, значительные вариации вещественного состава слагающих их комплексов приводят, зачастую, к неоднозначности интерпретации тектонических условий их формирования. Исследование петрогенетических особенностей комплекса с установлением его возрастных характеристик и геодинамической обстановки его формирования способно в значительной мере дополнить комплексную картину и снять ряд дискуссионных вопросов о характере происходивших в палеопротерозое рифтогенных событий.
Цели и задачи исследования. Главной целью работы является установление условий формирования породных ассоциаций золотухинского комплекса в контексте взаимообусловленности процессов магматизма, геолого-геодинамических условий и рудогенеза на палепротерозойском этапе эволюции ВКМ. Достижение поставленной цели потребовало комплексного подхода к решению методически взаимосвязанных задач, включающих: 1) исследование совокупности геологических, минералого-петрографических и петрогеохимических данных; 2) обоснование возраста магматизма; 3) определение геодинамических условий формирования интрузий комплекса; 4) установление особенностей эволюции магматической системы; в том числе с учетом процессов палеоротерозойского рифтогенеза северо-воточной части Сарматии; 5) уточнение минерагенической специализации золотухинского комплекса.
Фактический материал и методика исследований. Работа выполнена на кафедре минералогии, петрографии и геохимии геологического факультета Воронежского государственного университета. Исследования проводились диссертантом во время обучения в аспирантуре геологического факультета в 2008-2011 гг., а также за период работы (2008-2013 гг.) в составе научной группы кафедры под руководством члена-корреспондента РАН, профессора Н.М. Чернышова, в процессе реализации ряда проектов РФФИ, ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России», Гранта Президента и др., в которых автор был исполнителем, и одного проекта РФФИ под непосредственным руководством автора. В основу диссертационной работы положен фактический материал по геологии, петрографии, минералогии, петрогеохимии и минерагении пород золотухинского комплекса КМА, полученный лично автором в ходе полевых и лабораторно-аналитических работ, а также фондовые (Чернышов и др., 1968, 1973; Ратников и др., 1972; Егоров и др. 1971; Лосицкий и др. 1999; Ликарчук и др. 1978) и опубликованные материалы (Чернышов и др., 1981; Альбеков, 2002; Чернышов и др., 1983; и др.). Результаты исследований базируются на: 1) детальном описании керна скважин с составлением колонок, геологических разрезов и отбором образцов пород и руд; 2) изучении методами оптической и растровой электронной микроскопии более 300 прозрачных и полированных шлифов по 15 буровым скважинам; 3) выполненных при участии автора 180 микрорентгеноспектральных анализов породообразующих и 80 анализов рудных минералов; обработки результатов более 100 анализов петрогенных окислов (заимствованы из опубликованных данных (Чернышов и др., 1972) и для последующей обработки пересчитаны на безводный остаток), а также более 30 оригинальных анализов петрогенных окислов и некоторых редких элементов, выполненных методом рентгено-флуоресцентной спектроскопии; 3) результатов 23 оригинальных анализов определения элементов-примесей методом ICP-MS; 4) результатов выполненных впервые для изучаемого комплекса трех Sm/Nd и двух Rb-Sr изотопно-геохимических анализов и двух U-Pb-изотопных определений возраста (по циркону и бадделеиту) по технологии ID-TIMS.
Определение химического состава изучаемых пород - методом РФА (XRF) проводилось в Институте геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии (ИГЕМ РАН, г. Москва, аналитик к.х.н. А.И. Якушев); содержания малых и редких элементов исследовались методом ICP MS в Аналитическом сертификационном испытательном центре Института проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов (ИПТМ РАН, г. Черноголовка). Микрорентгеноспектральные анализы химического состава породообразующих силикатов выполнены в Центре коллективного пользования научным оборудованием ВГУ на растровом электронном микроскопе Jeol 6380 LV с энергодисперсионным анализатором INCA 250 (аналитик к.г.-м.н. Н.С. Базиков), а рудных минералов - на микрозондовом анализаторе Camebax-100, аналитик Н.Н. Кононкова (ГЕОХИ РАН, г. Москва). Sm/Nd изотопно-геохимический анализ, а также определение U-Pb возраста по циркону выполнены в Институте геологии и геохронологии докембрия (ИГГД РАН, Санкт-Петербург, аналитики к.г.-м.н. В.М. Саватенков и Е.Б. Сальникова). Определение U-Pb возраста по бадделеиту производилось в лаборатории геологического факультета Университета г. Лунд, Швеция, аналитик доктор Ульф Сёдерлунд.
Научная новизна и практическая значимость работы. На основе детального изучения петрографического и минералогического состава породных ассоциаций золотухинского комплекса впервые в его составе выделены горизонты оливинсодержащих габброноритов, анортозитов, а также дайки мелкозернистых интрамагматических габброноритов. Анализ химических составов породообразующих минералов позволил установить наличие вертикальной и латеральной зональности в породах Смородинского плутона и дополнить существующие колонки скважин и разрезы.
Исследование минералогических, петрогеохимических и изотопных данных позволило впервые обосновать существенное влияние процессов корово-мантийного взаимодействия в становлении массивов золотухинского комплекса.
На основании двух полученных в разных лабораториях определений по циркону и бадделеиту впервые установлено время формирования второй габброноритовой фазы интрузий золотухинского комплекса, составляющее 2066-2068 млн. лет.
Выявленные в пределах Смородинского плутона первичный ореол рассеяния сульфидов, а также точки минерализации как син- и эпигенетического медно-никелевого типов, так и окисных руд ильменита и титаномагнетита показали, что породные ассоциации золотухинского комплекса являются не только потенциально никеленосными, но и перспективными в отношении оксидных руд титана и железа.
Практическая значимость проведенных исследований заключается в уточнении петрогенетических особенностей формирования пород золотухинского комплекса и позволяет внести ряд корректив в модель общей эволюции не только гипербазит-базитового магматизма КМА, но и в геодинамическую интерпретацию палепротерозойского рифтогенеза всего региона. Это, в свою очередь, позволит оптимизировать прогнозные построения, касающиеся минерагенических перспектив различных блоков ВКМ.
Публикации и апробация результатов работы. Основные положения диссертационной работы неоднократно представлялись на Научных сессиях геологического факультета Воронежского государственного университета с 2008 по 2013 гг., на Научных сессиях Воронежского отделения Российского минералогического общества (2011 и 2012 гг), а также на конференции «Минерагения докембрия» (Петрозаводск, 2009 г.), на XXI молодежной конференции, посвященной памяти чл.-корр. АН СССР К.О. Кратца «Актуальные проблемы геологии докембрия, геофизики и геоэкологии» (Санкт-Петербург, 2010), на V Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле (Новосибирск, 2010 г.), на XVII научной молодежной школе «Металлогения древних и современных океанов» (Миасс, 2011 г.), на XI Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов «Геологи XXI века» (Саратов, 2011 г.), на Научно-практической конференции ЦНИГРИ «Научно-методические основы прогноза, поисков и оценки месторождений твердых полезных ископаемых – состояние и перспективы» памяти А.И. Кривцова (г. Москва, 2011), на V Российской конференции по изотопной геохронологии «Геохронометрические изотопные системы, методы их изучения, хронология геологических процессов» в ИГЕМ РАН (Москва, 2012) и Всероссийской конференции «Современные проблемы магматизма и метаморфизма» (Санкт-Петербург, 2012). По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, в том числе пять из них в изданиях, рекомендованных перечнем Высшей аттестационной комиссии Министерства образования и науки РФ.
Результаты исследований вошли в ряд научных отчетов по грантам РФФИ (№ 08-05-00158-а, №08-05-99003-р_офи, 12-05-31297-мол_а), Гранту Президента РФ по государственной поддержке ведущих научных школ (№ НШ-2211.2008.5), ФЦП "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" (ГК № 02.740.11.0021), ОНЗ РАН.
Объем и структура работы. Диссертационная работа общим объемом 158 страниц состоит из введения, 6 глав, заключения и списка литературы из 200 наименований. Текст сопровождается 23 таблицами и 55 рисунками.
