Введение к работе
Актуальность проблемы
Проблема формирования и эволюции континентальной коры докембрнйских массивов относится к числу наиболее актуальных проблем геологии Центрально-Азиатского складчатого пояса.
Докембрийские массивы имеют континентальную кору мощностью 40-50 км, однако, доступными для непосредственного изучения являются только верхние несколько километров. Представления о строении и составе более глубоких горизонтов может быть получено в результате комплексного изучения разновозрастных гранитоидных комплексов. Формирование гранитоидов, имеющих широкое распространение в пределах докембрнйских массивов, обычно связано с частичным плавлением пород разных уровней континентальной коры, главные особенности состава которых наследуются гранитами в виде геохимических и изотопных меток.
Гранитоидный магматизм традиционно рассматривается как индикатор корообразующих процессов. Это утверждение справедливо, в первую очередь, для начальных стадий формирования континентальной коры и не столь очевидно при эволюции уже зрелой континентальной коры, когда образование гранитных расплавов не всегда сопровождается существенным увеличением ее сиалической составляющей.
Актау-Моинтинский массив является одним из наиболее крупных докембрнйских массивов Центрального Казахстана. Здесь широко распространены гранитоиды, возраст которых охватывает интервал от позднего рифея до ранней перми. Комплексное изучение этих гранитоидов позволит показать, какую роль играет гранитоидный магматизм в процессах преобразования зрелой континентальной коры докембрнйских сиалических массивов.
Цель исследований - выделить главные этапы проявления гранитоидного магматизма на Актау-Моинтинском массиве в позднем рифее - раннем палеозое и оценить роль каждого из них в формировании его континентальной коры.
Для достижения данной цели были поставлены и решены следующие задачи:
-
Уточнение структуры и обоснование возраста докембрнйских комплексов Актау-Моинтинского массива.
-
Изучение химического состава и изотопно-геохимических особенностей докембрнйских и раннепалеозойских гранитоидных комплексов, направленное на их геодинамическую типизацию.
-
Оценка условий образования родоначальных гранитоидных расплавов, а также параметров их кристаллизации и минерального состава реститов.
-
Реконструкция состава и строения глубоких горизонтов континентальной коры массива на основе результатов геохимических и изотопно-геохимических исследований разновозрастных гранитоидных комплексов.
-
Составление схематического разреза строения континентальной коры массива для раннего силура.
6. Сопоставление вещественного состава магматических комплексов массива с одновозрастными образованиями смежных структурно-формационных зон для выявления главных особенностей формирования континентальной коры Центрального Казахстана.
Научная новизна работы
-
Впервые обоснована одновозрастность позднерифейских толщ кислых вулканитов, занимающих различное положение в структуре фундамента Актау-Моинтинского массива.
-
В результате U-Pb геохронологических исследований уточнен позднерифейский возраст гранитоидов узунжальского комплекса, а также доказана их комагматичность толщам кислых вулканитов позднего рифея, позволяющая рассматривать их в качестве членов единой вулкано-плутонической ассоциации.
-
Реконструированы геодинамические обстановки формирования позднедокембрийско - раннепалеозойских гранитоидов: в позднем рифее -континентальный рифтогенез; в раннем ордовике - континентальный рифтогенез; в позднем ордовике - раннем силуре - надсубдукционный диапиризм.
-
Установлены источники вещества разновозрастных гранитоидов, а также получены оценки параметровобразования родоначальных для них расплавов.
-
Предложена модель формирования континентальной коры массива в течение позднего докембрия - раннего палеозоя.
-
Составлен схематический разрез континентальной коры массива для раннего силура.
-
Выявлены причины формирования изотопной неоднородности континентальной коры массива.
Фактический материал и методы исследований
В основу работы положен собственный материал, собранный в течение 2005 - 2009гг.. Кроме того, использованы материалы по данному региону, полученные в ходе полевых работ сотрудниками Лаборатории геодинамики позднего докембрия и фанерозоя ГИН РАН.
Для изучения вещественного состава разновозрастных магматических образований Актау-Моинтинского массива было отобрано более 40 проб интрузивных и вулканических пород. Для более полной характеристики одновозрастных магматических комплексов, развитых в смежных структурно-формационных зонах Казахстана, использованы данные К.Е. Дегтярева, К.Н. Шатагина, А.В. Рязанцева и Д.В. Алексеева.
Особенности минералого-петрографического состава и структурно-текстурных особенностей пород рассматриваемых комплексов были изучены автором на основании собранной большой коллекции шлифов (150) и образцов.
Концентрации главных элементов определены рентгенофлуоресцентным в Лаборатории химико-аналитических исследований ГИН РАН Ляпуновым СМ.
Концентрации редкоземельных элементов (РЗЭ) и других элементов-примесей определены методом ICP-MS в ИМГРЭ МПР Журавлевым Д.З.
U-Pb геохронологические исследования выполнены в Лаборатории изотопной геологии ИГГД РАН Сальниковой Е.Б. и Яковлевой С.З., a Sm-Nd изотопно-геохимические исследования - в Лаборатории изотопной геохимии и геохронологии ИГЕМ РАН Шатагиным К.Н.
Защищаемые положения.
-
Магматические комплексы, участвующие в строении довендского фундамента Актау-Моинтинского массива, представлены только позднерифейскими (около 920 млн. лет) кислыми вулканитами и гранитами.
-
Позднерифейские кислые вулканиты и граниты Актау-Моинтинского массива образуют вулкано-илутоническую ассоциацию, формирование которой связано с проявлением континентального рифтогенеза. Источником родоначальных расплавов для них являлись нижнепротерозойские метаосадочные комплексы верхних горизонтов континентальной коры Актау-Моинтинского массива.
-
Источниками исходных расплавов для раннепалеозойских магматических комплексов Актау-Моинтинского массива послужили рифейские мафические породы, занимающие различное положение в разрезе его континентальной коры. Источник раннеордовикских сиенитов располагался в средних, а источник позднеордовикско-раннесилурийских гранитоидов - в нижних горизонтах коры.
-
Главная особенность эволюции континентальной коры Актау-Моинтинского массива в позднем докембрии - раннем силуре состояла в увеличение доли «базитовой составляющей» в ее разрезе.
-
Для раннесилурийской коры Актау-Моинтинского массива характерна вертикальная неоднородность, выраженная в последовательной смене древних комплексов более молодыми сверху вниз по разрезу.
Практическая значимость
Полученные с использованием прецизионных методов новые геохронологические данные могут использоваться при составлении геологических карт и межрегиональных корреляций. Предложенная модель строения раннесилурийской коры является основной для изучения вопросов эволюции коры массива и выявлении источников коровых магматических пород в позднепалеозойское время. Полученные данные о строении и составе глубоких горизонтов коры массива могут использоваться при интерпретации геофизических данных по исследованному региону.
Апробация работы и публикации
Основные положения диссертационной работы докладывались на совещании «Геодинамическая эволюция литосферы Центрально-Азиатского подвижного пояса» (Иркутск, 2007, 2008), IV Российской конференции по изотопной геохронологии (Санкт-Петербург, 2009), международной
конференции «Новые идеи в науках о Земле» (Москва, 2007,2009), конференции «Молодые наукам о Земле» (Москва, 2008) и конференции «Проблемы магматической и метаморфической петрологии» (Москва, 2007, 2008, 2009). По теме диссертации опубликовано 17 научных работ, включая 3 статьи в рецензируемых журналах. Объем и структура работы
Диссертация состоит из восьми глав, заключения и приложений, изложенных на 192 страницах текста. Она содержит 66 рисунков. Библиография включает 133 наименования.
Автор глубоко признателен своему научному руководителю К.Е. Дегтяреву за творческую помощь и поддержку. В процессе подготовки работы автор пользовался консультациями и поддержкой В.А. Утенкова, которому выражает искреннюю благодарность.
Автор выражает свою признательность Д.В. Алексееву, М.Л. Баженову, А.А. Беловой, А.Б. Котову, Е.Ф. Летниковой, Ф.А. Летникову, Н.М. Левашовой, М.В. Лучицкой, А.В. Рязанцеву, Г.Н. Савельевой, О.М. Туркиной и А.А. Щипанскому за плодотворное обсуждение вопросов, возникающих на разных стадиях исследований.
Особую благодарность автор выражает Е.Б. Сальниковой и К.Н. Шатагину за проведение геохронологических и изотопных исследований, а также за проведение аналитических работ автор благодарит СМ. Ляпунова и Д.З. Журавлева
Структурное положение и основные черты геологического строения Актау-Моинтинского массива
В строении каледонид западной части Центрального Казахстана и Северного Тянь-Шаня большую роль играют сиалические массивы с докембрийской континентальной корой - Кокчетавский, Улутауский, Ерементау-Ниязский, Актау-Моинтинский, Чуйско-Кендыктасский, Каратауский, Иссыкульский, Срединно-Тяньшаньский и другие. От обрамляющих структурно-формационных зон массивы отличаются присутствием фундамента, сложенного различными довендскими метаморфическими комплексами, который перекрыт венд-нижнепалеозойским терригенно-карбонатным чехлом (Дегтярев, 2003).
Одним из наиболее крупных докембрийских массивов является Актау-Моинтинский, расположенный в западной части Центрального Казахстана. Он вытянут в северо-западном направлении почти на 800 км при ширине 150 - 200 км.
Актау-Моинтинский массив имеет тектонические взаимоотношения с комплексами обрамляющих зон. На юго-западе он надвинут на верхнекембрийско-среднеордовикские образования Ерементау-Бурунтауской зоны, формировавшиеся в пределах континентального рифта. С северо-востока на массив шарьированы ордовикско-силурийские аккреционные комплексы Агадырской зоны.
Фундамент массива представлен рифейскими кварцито-сланцевыми толщами, метаморфизованными кислыми вулканитами и рассланцованными
гранитами, которые с несогласием перекрыты венд-нижнепалеозойским терригенно-карбонатным чехлом (Авдеев и др., 1974; Дегтярев, 2003). Характерной особенностью массива является широкое распространение в его пределах гранитоидов, возраст которых охватывает интервал от позднего рифея до ранней перми. Преобладающими являются позднерифейские и раннепалеозойские гранитоиды.
