Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Флюидный режим метаморфизма архейской железисто-кремнистой формации Сарматии (по данным изучения флюидных включений)

ВАК РФ 25.00.04, Петрология, вулканология

Автореферат диссертации по теме "Флюидный режим метаморфизма архейской железисто-кремнистой формации Сарматии (по данным изучения флюидных включений)"

На правах рукописи

оМ'

ООЗ172ВЬЬ

Новикова Мария Алексеевна

ФЛЮИДНЫЙ РЕЖИМ МЕТАМОРФИЗМА АРХЕЙСКОЙ ЖЕЛЕЗИСТО-КРЕМНИСТОЙ ФОРМАЦИИ САРМАТИИ (ПО ДАННЫМ ИЗУЧЕНИЯ ФЛЮИДНЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ)

Специальность 25 00 04 - петрология, вулканология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва, 2008

003172886

Работа выполнена на кафедре полезных ископаемых и недропользования геологического факультета Воронежского государственного университета

Научный руководитель доктор геолого-минералогических наук,

профессор К А Савко (ВГУ)

Официальные оппоненты доктор геолого-минералогических наук

Шмулович Кирилл Ильич (ИЭМ РАН)

кандидат геолого-минералогических наук Наумов Владимир Борисович (ГЕОХИ РАН)

Ведущая организация МГУ им М В Ломоносова

Защита состоится 6 июня 2008 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 002 122 01 в Институте геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН по адресу 119017, г Москва, Старомонетный пер , д 35

С диссертацией можно ознакомиться в Отделении геологической литературы БЕН РАН, Старомонетный пер , 35 (ИГЕМ РАН)

Автореферат разослан Sv/aCuSL2008 г Ученый секретарь

диссертационного совета Д 002 122 01 доктор геолого-минералогических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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 сложности 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 кристаллическии массив (ВКМ) и Украинскии 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, 0305-64071,04-05-64585,04-05-65109, 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 Ai-лазером "Ramanor U-1000" (Франция) (ИМиП СО РАН, Новосибирск) и RM1000 (Remshaw) (ИЭМ РАН, Черноголовка)

Исследования флюидных включений выполнялись на установке «Linkam» с рабочим температурным интервалом от -196°С до 600°С (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 клинопироксенов 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 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 ВосточноЕвропейской платформы масштаба 1 1000000 (объект 7 4 - 04106 Федерального агентства по недропользованию России)

На защиту выносятся следующие положения.

1 Архейские гранулиты ВКМ содержат преимущественно углекислотные включения и значительно реже азотно-метановые, азотно-водные, водно-солевые и водные Выделено три генерации углекислотных включений РЫ с минимальными температурами гомогенизации -49 2°С, ¥Ь2а и ¥Ь2Ъ с ТУ™ = -14 2 и 0 1 °С соответственно, и РЬЗ с Тьтш = 22 3 "С

2 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 6°С 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> 1000°С, Р = 10-11 кбар, М2 - Т - 710°С, Р = 4 6-5 2 кбар, МЗ - Т = 615°С, /> = 3 5 кбар, для гранулитов Приазовского блока УЩ - Ml - при Т > 930°С, Р = 9-10 кбар, М2 - Т = 695°С, Р = 5-5 4 кбар

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

Автор выражает глубокую признательность и благодарность научному руководителю профессору К А Савко за постоянную поддержку исследований, полезные советы и дискуссии О В Васюковой, С М Пилюгину, И П Лебедеву

Особую благодарность автор испытывает к своему учителю В И Фонареву за постоянное внимание и важные замечания при выполнении работы

Одним из регионов широкого распространения железисто-кремнистой формации являются Воронежский кристаллический массив (ВКМ) и Украинский щит (УЩ), которые представляют один из трех кристаллических сегментов Сарматию (рис. 1 а, б), которая вместе в Балтией и Волгоуралией составляют фундамент ВосточноЕвропейской платформы (Bogdanova, 1996; ОойШзсЬеу, Во§с1апоуа, 1993).

Рис. 1. (а) Три кристаллических сегмента Восточно-Европейского кратона (СогЬа15с11еу, Е^скпоуа, 1993). (б) Кристаллические домены Сарматии (ВЬсЫрагвку, Bogdanova, 1996). Воронежский кристаллический массив (ВКМ) выделен темным цветом. Украинский щит (УЩ) заштрихован. Схема геологического строения: (в) Курско-Бесединского блока

ВКМ (ЭЬсЫрагвку, Bogdanova, 1996 с некоторыми изменениями). I- железистые кварциты; 2 - метагабброиды; 3 - поздне - и посттектонические гранитоиды; 4 - зоны глубинных разломов; 5 - границы Курско-Бесединского блока; 6 - местоположение скважин; (г) Мариупольского рудного поля Приазовского блока УЩ (Фонарев, 1987). 1 - железистые кварциты; 2 - гнейсы; 3 - гнейсы и кристаллические сланцы; 4 - мраморы; 5 - тектонические нарушения; 6 - местоположение скважин.

ВКМ (размером приблизительно 600 х 800 км) находится в северо-восточной части Сарматии и был отделен в фанерозое от Украинского щита Днепрово-Донецким авлакогеном На востоке, Липецко-Лосевский вулканогенный пояс и Восточно-Воронежская провинция разделяют ВКМ и Волго-Уральский коровый сегмент (рис 1 б, в) Согласно геохронологическим данным (вЬсЫрапвку, Bogdanova, 1996) в пределах ВКМ развиты различные архейские (от мезо- до неоархейских) и палеопротерозойские образования Архейские породы, метаморфизованные в условиях гранулитовой фации, присутствуют в регионе в виде кристаллических «блоков», состоящих из чередования (от 1-2 до 30-35 м мощностью) железистых пород (главным образом - магнетитовых кварцитов), метабазитов, метаультрабазитов и метапелитов Эти «блоки» (реликты) локализованы среди мигматитов и гнейсов нерасчлененного обоянского архейского комплекса (рис 1 в), развитого в центральной части ВКМ (Оскольский домен) и метаморфизованного преимущественно в регрессивной амфиболитовой фации Гранулитовый комплекс маркируется интенсивными магнитными аномалиями и был изучен, главным образом, буровыми скважинами глубиной 100-800 м Железистые формации ВКМ приурочены как к архейским, так и палеопротерозойским толщам Наиболее распространены железистые формации палеопротерозойского возраста, которые отнесены к курской серии (например, КМА) Архейские железистые формации относительно редки и встречаются в виде удлиненных тел (положительные магнитные аномалии) протяженностью до 10 км и шириной не более 100 м Их мезоархейский возраст (3277 ± 33 млн лет) подтвержден геохронологическими определениями по циркону (и-РЬ изохронный метод) из разгнейсованного плагиогранита (Артеменко и др, 2006), прорывавшего магнетитовые кварциты

Украинский щит (УЩ) относится к юго-западной части Сарматии (рис 1 а, б) Он простирается в северо-западном направлении от г Таганрог на расстояние почти 1000 км при ширине порядка 400 км Приазовский блок занимает крайнюю юго-восточную часть УЩ (рис 1 б) Западной границей района служит Орехово-Палоградский разлом, восточной - Грузско-Елачинская зона разломов На севере по системе субширотных разломов Приазовский блок погружается в Днепрово-Донецкую впадину

В строении Мариупольского рудного поля принимают участие глубокометаморфизованные породы централыюприазовской серии приазовского комплекса (Зарицкий АИ, 1974, Фонарев ВИ, 1987) Они представлены кристаллическими сланцами, гнейсами, амфиболитами и железистыми кварцитами Эти породы слагают Центрально-Приазовскую (Мангушскую) синклиналь, к которой приурочены Демьяновский и Юрьевский участки Мариупольского рудного поля (рис 1 г) Возраст циркона из биотитовых гнейсов Приазовского блока Украинского щита (Артеменко Г В ,1995) составляет 3350 млн лет

Обоснование защищаемых положений

Положение 1 Архейские гранулиты ВК\1 содержат преимущественно углекнслотные включения и значительно реже азотно-метановые, азотно-водные, водно-солевые и водные. Выделено три генерации углекислотных включений: ИЛ с минимальными температурами гомогенизации -49.2°С, РЬ2а и РЬ2Ь с Т„тш= -14.2 и 0.1 °С соответственно, и ГЬЗ с Т1ГП = 22 3 "С.

Флюидные включения были изучены в гранулитах Воронежского кристаллического массива (Курско-Бесединский блок) - магнетитовых кварцитах, глиноземисто-железистых породах, метапелитах и метаклинопироксенитах

Углекислотные флюидные включения. Эти включения обнаружены в кварце, гранате и, в единичных случаях, пироксене из различных пород региона Включения данного типа гомогенизируются в жидкую фазу и лишь в единичных случаях - в газовую Размер включений в среднем не превышает 5-20 мкм, многие образцы содержат множество более мелких включении, которые, однако, не пригодны для точных измерений В большинстве случаев включения концентрируются в виде изолированных групп (первичные) (ЯоесМег, 1984), реже маркируют залеченные трещины в пределах отдельных зерен (псевдовторичные) (11ое<Иег, 1984), или пересекающих их границы (вторичные) (ЯоесИег, 1984) В кварце чаще всего отмечаются относительно мелкие изометричные включения, иногда с выраженными гранями, размером 5-10 мкм Реже встречаются включения более крупные, неправильной формы или в форме негативного кристалла, размером 15-20 мкм

Углекислотные включения в гранате в большинстве случаях также относительно мелкие (10-15 мкм), светлые, часто изогнутые, червеобразные с оттянутыми концами и признаками расшнуровывания Реже - более крупные темные объемные сферические включения, иногда с формой негативного кристалла Температуры гомогенизации (Т;,) и соответственно плотности (р) углекислотных включений в исследованных образцах заметно варьируют (Ть от -49 2 до 27 2°С и р от 1 152 до 0 667 г/см3) Эти вариации, обычные для метаморфических пород, отражают как различные условия и хронологию захвата первичного флюида, так и его постзахватную трансформацию (чаще всего частичную потерю) Температура плавления (Тт) включений изменяется от -56 8°С до -58 9°С Некоторое понижение Т„, включений по сравнению с чистой углекислотой (-56 6°С) (С02 с примесью азота и метана порядка 1-3 мол %)

Генерации углекислотных включений. В исследованных образцах метаморфических пород может быть выделено 3 основные генерации углекислотных включений (рис 3, 4) Под генерациями подразумевается серия синхронных включений различного состава и из различных пород региона, захваченных в процессе единого метаморфического события В основу такого выделения положены 1) текстурные различия включений (первичные, вторичные, псевдовторичные), их локализация (центральные части зерен, их периферия и пр), соотношения между собой (например, взаимопересекающиеся залеченные трещины), 2) различия в температурах гомогенизации (Т|,), т е плотности (р)

Первая генерация (РЫ) представлена включениями высокой плотности (р =1 058-1 152 г/см3) с очень низкими значениями температур гомогенизации, достигающими -49 2°С (рис 2 а, б), и Тш от -56 9°С до -58 3°С Это - первичные включения в кварце, обнаруженные исключительно в железистых кварцитах

Во вторую генерацию (РС2) выделены углекислотные включения с температурами гомогенизации в интервале от -14 2 до 22 3°С (плотность соответственно от 1 004 до 0 748 г/см3) и температурами плавления от -56 8°С до -57 7°С По температурам гомогенизации включения подразделяются (рис 3, 4) на две группы (субгенерации) с Ть в интервалах -14 2 - 0°С (РЬ2а) и 0 1 - 22 3°С (БЬ2Ь) Более плотные включения первой группы (¥Ъ2а) отсутствуют в железистых кварцитах и найдены только в глиноземисто-железистых породах и метапелитах

' СП) <П>

160-150-1 40-130-120 -50 -40 30 20 10 Т гомогенизации С

160-150-140-130'120 60 -40 30 20 10 Т гомогенизации С

Образец \/И •О»

10 20 30

*дснЗно-солв€ы9 включения

160-150-140-130-120 50 -40 -30 20 10 Т гомогенизации С

Образец VI в ОМ

♦ес<Зно-с ояевы« 4ключения

160-150-140-130-120 -60 -40 30 20 10 Т гомогенизации ,С*

Образец У22

оса сее

эо со

а иь

1оо

160-150-140-130-120 60 -40 30 20 Ю Т гомогекизлиии С

16(И £0-140-130-120 50 -40 30 20 10 Т гомогенизации С*

*еодны* включения

&11

16Э-150-140-130-120 60 -40 30 20 10 Т гомогенизации С*

160-150-140-130-120 50 -40 30 20 10 Т гомогенизации С

О 4

3

~сЪ

о сг ее.

30 -20 10 0 10 20 30 Т гомог енизации ,С

*«одмо-салевыа

•ОССО

ш ги

ссо

аю> ахтхп

• •

-«0 -40 30 20 10 0 10 20 30 Т гомогенизации С

•1 02 ПЗ А4 Д5 вб

• * *

> • •

50 -40 39 20 10 0 10 20 30

Т гомогенизации С*

Рис. 3. Микротермометрические данные для флюидных включений в минералах из магиетитовых кварцитов Курско_бесединского блока. Углекислотные включения в кварце первичные (I), псевдовторичные (2), вторичные (3) Углекислотные включения в гранате первичные (4), псевдовторичные (5) Азотно-метановые включения в кварце - 6 Прямоугольниками оконтурены отдельные генерации и субгенерации углекнелотных включений

Это первичные включения в гранате (рис 2 в), первичные, псевдовторичные (рис 2 г) и даже в отдельных случаях вторичные включения в кварце Менее плотные углекислотные включения второй группы (Р1*2Ь) зафиксированы во всех исследованных типах пород При этом в кварце они представлены псевдовторичными и первичными разностями, а в гранате - главным образом первичными (глиноземисто-железистые породы и метапелиты) и лишь в единичных случаях (метаклинопироксенит) - в том числе и псевдовторичными

Образец У34

50 40 30 20 10 О 10 20 Т гомогенизации,С"

Образец 433

Г1-11Ь

1«И5!И40-<30-120 50 -40 -30 20 10 О Т гомогенизации,С"

10 20 30

Образец V35

50 -40 30 20 10 0 10 20 30

Т гомогенизации,С

Образец УЗв

50 40 30 -20 10 0 10 20 30 Т гомогенизации,С"

Образец УЗ9

д дкв.

РЫ!Ь

ЛДЛСй ■■туУГ^

50 -10 -30 20 -10 0 10 20 30 Т гомогенизации,С*

Образец vз6uvзs ^

' /л глг\

Г1-Па

♦водно-целевые и родные <о

включения 0

; о

; о

■! О

50 -40 -30 20 10 0 10 20 30 Т гомогенизации,С"

Рис. 4 Микротермометрические данные для флюидных включений в минералах из глиноземисто-железистых пород, метапелитов и метаклинопироксенита Курско-Бесединского блока

К третьей генерации (Р13) отнесены вторичные или псевдовторичные углекислотные включения в кварце и гранате с температурами гомогенизации (в жидкость) в интервале 22.3-27.2°С (плотность 0.748-0.667 г/см3) и Тт = -56.9 - -51 .ТС. Эти включения сравнительно редки и достаточно уверенно зафиксированы лишь в некоторых из исследованных образцов (рис. 4). Вторичный характер некоторых из этих относительно низкоплотных включений (рис. 2 д) свидетельствует об их наиболее позднем формировании в метаморфических породах.

Рис. 2. Микрофотографии углекислотиых включений различных генераций (ИЛ, РЬЗ) из пород Курско-Бесединского блока ВЬСМ. (а, б) Высокоплотные первичные включения первой генерации (ИЫ) в кварце из магнетитового кварцита; (в) первичные включения второй генерации (РЬ2а) в гранате из метапелита; (г) псевдовторичные включения второй генерации (РЬ2а) в кварце из глиноземнсто-железистых пород; (д) низкоплотные вторичные включения третьей генерации (РЬЗ) в кварце.

Азотно-метановые включения. Включения данного типа встречены только в кварце из магнетитовых кварцитов и одного из образцов железисто-силикатных пород. По данным рамановской спектроскопии в них преобладает азот (61-92 мол.%), присутствует метан (8-39 мол.%) и иногда углекислота (1-7 мол.%). Это относительно темные объемные включения размером от 20 до 70 мкм, часто имеющие форму негативных кристаллов. Локализуются они отдельными группами в центре или иногда по периферии зерен кварца (первичные), реже вдоль залеченных трещин (псевдовторичные). Температура гомогенизации включений (в газовую фазу)

варьирует от -152 6°С до -115 8°С в зависимости от соотношения летучих компонентов Первичные Ы2-СН4 включения часто ассоциируют с первичными же углекислотными включениями высокой плотности (РЫ), что может свидетельствовать о синхронности их формирования Иногда в этих включениях (как первичных, так и псевдовторичных) содержится небольшое количество практически чистой воды с Тга от -0 2 до -О 4°С

Водно-солевые включения Это обычно изометричные светлые включения размером не более 5-10 мкм, присутствующие во всех изученных типах пород В большинстве случаев они относятся к псевдовторичному или вторичному типам и локализуются по залеченным трещинам в минералах Конечная Тт варьирует от -1 1 °С до -3 0°С, что соответствует относительно низким концентрациям 1 9-4 9 мае % №С1 экв Псевдовторичные водно-солевые включения часто ассоциируют с псевдовторичными (иногда первичными) углекислотными и реже азотно-метановыми включениями, что может свидетельствовать об их синхронности

Водные включения Эти относительно редкие включения, встреченные в трех образцах железистых кварцитов В большинстве случаях это относительно крупные (20^0 мкм) разности неправильной «амебовидной» формы с Тт льда -0 1 - -0 2°С Они маркируют залеченные трещины (псевдовторичные) и часто ассоциируют с псевдовторичными углекислотными

Положение 2. В гранулитах Приазовского блока УЩ присутствуют в основном углекислотные включения и в значительно меньшем количестве азотно-метановые, водно-солевые и водные включения. Выделено две генерации углекислотных включений: ПЛ с минимальными температурами гомогенизации -46 6°С и ¥Ь2 с Т„гаш = -29.3 "С.

Флюидные включения были изучены в магнетитовых кварцитах Приазовского блока Украинского щита (Мариупольское рудное поле), метаморфизованных в условиях гранулитовой фации

Углекислотные включения В большинстве случаев изометричные, близкие к форме негативного кристалла, либо округло-овальные, с ровными четкими

Образец Изо

<т

Ри

• •• • •

СО (ТОО ••••

• • • • ••

сосана о спго

сао пг> гттгд сто ас»

-ю о ю га зо

Т гомогенизацин.С'

1 гомогенизации.С''

СО Ю

о апосо а> схюпхп>

П2

»водны» и »одно-солевыг

оЬошз

ото сю

зо -50 .10

FL2

•30 -20 -1в О Т гомогвниаации.С

Я_2

р«ш> о аах-1 т »•

<пхж I

СПЯ)

ахо <ц

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 т гомагенизлции.с

-30 -10 -10 0 10 20 30 Т гомогенизации.с "

• •

•т

ССО • •

ао

Го| сосгааэ оо Я.2

аЬ о

-И -10 -30 -20 -10 0 1( Т гомогенизации.С'

•.........

ОСЮ

СОО

И>

осго »•

шь о ■ сжуро

7 гомогенизации.С

О л

• 1 О 2 □ 3

Т гомогенизации,С'

Рис. 5. Микротермометрические данные для флюидных включений в кварце из магнетитовых кварцитов Мариупольского рудного поля. Углекислотные включения: первичные (1), псевдовторичные (2), вторичные (3). Азотно-метановые включения - 4. Прямоугольниками оконтурены отдельные генерации и углекислотных включений.

границами. Иногда встречаются включения неправильной формы. Размер С02 включений редко превышает 5-10 мкм. Локализуются включения чаще всего отдельными группами в центре или по краю зерен (первичные) (ЯоесЫег, 1984)или маркируют залеченные трещины в пределах отдельных зерен (псевдовторичные) (НоесШег, 1984), в единичных случаях пересекающих их границы (вторичные) (Яоеёбег, 1984). Температуры гомогенизации (ТЬ) и соответственно плотности (р) всех типов включений существенно варьируют и составляют от -46.6°С (1.142 г/см3) до +29.2°С (0.623 г/см3). Эти вариации обычны для метаморфических пород; они отражают как различные условия и хронологию захвата первичного флюида, так и его постзахватную трансформацию. Тпл углекислоты варьируют от -56.6°С до -59.8°С (С02 с примесью метана до 31 %).

Генерации включений. В исследованных образцах метаморфических пород может быть выделено две основные генерации углекислотных включений (рис. 5).

Первая генерация (ГЬ I) представлена включениями высокой плотности (р = 1.058-1.152 г/см3) с низкими значениями Ть достигающими -46.6°С (рис. 6 а, б).

Рис.6. Микрофотографии углекислотных включений из пород Мариупольского рудного ноля (Приазовье) в кварце, (а) первичные плотные углекислотньге включения первой генерации (РЬ1); (б) псевдозторичные углекислотные включения второй генерации (Р1_2).

Во всех случаях это первичные включения, располагающиеся в виде изолированной группы главным образом в центральных частях зерен и в меньшей степени на их периферии

Ко второй генерации (РЬ 2) отнесены псевдовторичные и вторичные включения, которые были захвачены при определенных Р-Т условиях, отличных от условий захвата более плотных (РЪ 1) разностей Среди включений этой генерации особенно выделяются плотные псевдовторичные включения с Ть™" -29 3 °С (р = 1 073 г/смЗ) (рис 6 в)

Азотно-метановые включения Чаще всего неправильной формы или в форме негативного кристалла, объемные, нередко с затемненными краями, размером от 5 до 30 мкм Иногда встречаются более крупные (40-60 мкм) амебовидные, плоские, светлые разности Локализуются в большинстве случаев отдельными группами в центре и по краю зерен (первичные), в единичных случаях - вдоль залеченных трещин (псевдовторичные) Включения данного типа гомогенизируются почти всегда в жидкую фазу, и лишь в единичных случаях - в газовую Температура гомогенизации варьирует от -154 5°С до -128 4°С По данным рамановской спектроскопии в них присутствует азот (65-97 мол %) и метан (3-35 мол %) Найдено, что первичные азотно-метановые включения ассоциируют с первичными углекислотными включениями, что может свидетельствовать о синхронности их формирования В отдельных случаях рядом с первичными азотно-метановыми разностями локализуются псевдовторичные (по залеченным трещинам) водно-солевые или (в одном случае) псевдовторичные углекислотные включения

Водно-солевые включения. Представлены изометричными или вытянутыми, светлыми разностями, размер которых не превышает 5-10 мкм, реже встречаются включения более крупные (до 20 мкм), плоские, часто неправильной формы с признаками расшнуровывания Локализуются вдоль залеченных трещин (псевдовторичные) В большинстве случаев рядом с трэйлами водно-солевых включений находятся первичные углекислотные разности, а иногда и первичные азотные включения Иногда в пределах одного зерна можно наблюдать псевдовторичные водно-солевые и углекислотные включения, локализующиеся по разным трещинам Конечная температура плавления льда варьирует от -2 3°С до -4 4°С, что соответствует содержанию КаО-эквиналснта 3 9 — 7 0 мас,%

Водные включения Они достаточно крупные (20-30 мкм) и имеют неправильную форму Во всех случаях они концентрируются вдоль залеченных трещин (псевдовторичные) Часто в непосредственной близости от них можно наблюдать первичные углекислотные включения Температура плавления льда варьирует от -0 1 до -1 0°С

Положение 3. По положению изохор углекислотных включений и данных минералогической термобарометрии в метаморфической истории выделяются следующие метаморфических события: для гранулитов ВКМ - М1 - при Т > 1000°С, Р = 10-11 кбар; М2 - Т = 710°С, Р = 4.6-5.2 кбар; МЗ - Т = 615°С, Р = 3.5 кбар, для гранулитов Приазовского блока УЩ - М1 - при Т> 930°С, Р = 9-10 кбар, М2 -Т = 695°С, Р = 5-5.4 кбар.

Впервые полученные данные по составу и плотности флюидных включений в минералах из гранулитов Курско-Бесединского блока ВКМ и Приазовского блока УЩ в совокупности с результатами минералогической термобарометрии позволяют наметить тренд эволюции метаморфизма пород, который является прямым отражением тектоно-термальных событий в регионах

На рис 7 представлены изохоры (Онап еГ а1, 1992, 1996) наиболее плотных углекислотных включений каждой из выделенных генераций и субгенереций, а также аналогичные изохоры конкретных включений в гранате, для которых были определены Р-Т условия кристаллизации (захвата этих включений) из пород Курско-Бесединского блока ВКМ

В соответствии с температурой кристаллизации первичных пироксенов (> 1000°С) (Ропагеу е1 а1, 2006) и плотностью (1 152 г/см3) углекислотных включений первой генерации (Р1Л) найдено давление первичного (пикового) метаморфизма железистых пород региона, составившее порядка 9 2-9 6 кбар Это давление, полученное с использованием данных для включений, содержащих чистую углекислоту, является фактически парциальным давлением С02 (Рсог) и не учитывает возможные потери части флюида (главным образом, воды) в процессе

Температура, °С • 1 ■ 2 О 3 О 4

Рис 7. Р-Т-1) тренд эволюции метаморфизма мезоархейеких железистых формаций Воронежского кристаллического массива (Курско-Беседииский граиулчтовый блок) Пунктирная кривая - предполагаемый участок тренда Сплошные тонкие линии - изохоры различных генераций углекислотных включений по фиап е( а1, 1992, 1996) Стрелками показаны соответствующие ТЬ и р (см текст) М1- МЗ - метаморфические события (стадии) 1- Магнетитовые кварциты с высокоплотными углекислотными включениями, 2-гранатсодержащий магнетитовый кварцит (обр У32), 3-глиноземисто-железистые породы (обр УЗЗ, У34, У35), 4- метапелит (обр У36)

их постзахватной эволюции Парциальное давление С02 обычно ниже общего давления (Р06Ш) и для большинства гранулитовых комплексов соответствует (0 7-0 8) Ро6ш при ХН2о = 0 2-0 3 (Нагш, 1ауагаш, 1982, Ропшеу е1 а1, 2003, МааэкаЩ, 2004 и тд) Принимая во внимание эти соотношения, общее давление при пиковом (М1) метаморфизме железистых кварцитов региона было оценено величиной > 10-11 кбар

Кристаллизация граната и захват углекислотных включений субгенерации РЬ2а характеризует второе (регрессивное) метаморфическое событие в регионе (М2) Реальный тренд М1-М2 перехода не известен, но, по аналогии с другими регионами гранулитового метаморфизма (например, Ропагеу е1 а1, 2003, Ропа1еу, Кот1оу, 2005), можно предположить, что промежуток между событиями М1 и М2 характеризовался достаточно длительным периодом субизобарического остывания пород Расчеты

температуры и давления были выполнены с использованием Grt-Opx, Grt-Bt и Grt-Crd геотермометров, а также Grt-Opx-Pl-Qtz геобарометра Близкие параметры этого метаморфического события (750°С и 5 кбар) были получены и ранее для метапелитов и метабазитов района (Савко, 2000) Захват включений субгенерации FL2a произошел при давлении порядка 4 6 кбар (Т = 705 ± 35°С), что практически полностью соответствует данным минералогической барометрии (4 3 кбар) Как и для железистых кварцитов с углекислотными включениями генерации FL1, это давление является фактически парциальным давлением С02 (Рсог) Однако соответствие независимых оценок по флюидным включениям и минералогическим барометрам может указывать здесь на практически чисто углекислотный характер захваченного при метаморфизме флюида Это, естественно, не свидетельствует о «сухом» метаморфизме в целом и может быть объяснено гетерогенным захватом углекислогной компоненты расслоенного флюида состава СО^-НгО-солевой раствор Такая возможность (даже при высоких температурах и давлениях) показана экспериментально (Johnson, 1991, Frantz et al,1992, Shmulovich, Graham, 1999) и обсуждалась ранее (Fonaiev et al, 1998) Нередкая ассоциированность углекислотных и водно-солевых (псевдовторичных) включений в изученных образцах подтверждает это предположение Несколько более плотные включения этой генерации (Th = -14 2°С, р = 1 004 г/см3), обнаруженные в зернах кварца, указывают на некоторую разницу во времени начала кристаллизации (перекристаллизации) кварца (более ранний) и граната (относительно более поздний), но, в ходе единого метаморфического события

Углекислотные включения менее плотной генерации FL2b были захвачены на заключительной стадии субизотермической декомпрессии пород (рис 7) Этот процесс (кристаллизации граната с флюидными включениями) продолжался и при субизобарическом охлаждении до температур порядка 600°С, отвечающих уже третьему (МЗ) тектоно-термальному (метаморфическому) событию в регионе Тренд этого охлаждения следовал близко к изохоре с плотностью р = 0 927 г/см3 (рис 7) Положение этого тренда, так же как и в предыдущем случае, практически полностью соответствует данным минералогической барометрии (в пределах ±03 кбар), что может также свидетельствовать о гетерогенном характере метаморфического флюида Параметры кристаллизации граната (630°С и 3 36 кбар) с формированием

углекислотных включений субгенерации ¥1.2Ъ были определены с использованием ООр геотермометра и СОРС} геобарометра

Относительно редкие углекислотные включения наиболее низкой плотности (генерация РЬЗ) характеризуют наиболее поздние (низкотемпературные) процессы в регионе Об этом свидетельствуют текстурные соотношения вторичных включений этой генерации с более плотными первичными и псевдовторичными разностями

На рис 8 представлены изохоры (Оиап, 1992; Оиап, 1996) наиболее плотных углекислотных включений каждой из выделенных генераций из гранулитов Приазовского блока У Щ

Температура,°С

Рис. 8. Р-Т-Б тренд эволюции метаморфизма гранулитов Украинского Щита (Мариупольское рудное поле Приазовского блока) Пунктирная кривая - предполагаемый участок тренда Сплошные тонкие линии - изохоры различных генераций углекислотных включений по (Оиап е1 а1, 1992, 1996) Стрелками показаны соответствующие ТЬ и р (см текст) М1 - М2 - метаморфические события (стадии)

Углекислотные включения первой генерации (ГЫ) являются наиболее ранними и характеризуют первичный метаморфический флюид, т е условия пикового метаморфизма Они обнаружены в магнетитовых кварцитах, подвергшихся наименьшей перекристаллизации в условиях ретроградного метаморфизма, о чем свидетельствуют сохранившиеся в них первичные пирокеены со структурами

распада В соответствии с особенностями азотно-метановых включений (их первичный характер, ассоциированность с С02 включениями первой генерации) можно полагать, что формирование магнетитовых кварцитов сопровождалась также консервацией в них N2-CH4 флюида С использованием реинтегрированных составов первичного клинопироксена и пижонита и экспериментальных данных (Lmdsley, 1983) были определены высокие (> 930°С) температуры кристаллизации этих пород В соответствии с этой температурой и плотностью С02 включений генерации FL1 найдено давление пикового метаморфизма, составившее порядка 8 2-8 7 кбар По аналогии с ВКМ полученные значения плотности включений соответствуют парциальному давлению С02 (Рсог) при метаморфизме, которое обычно не равно общему давлению (Р0бщ) С учетом наиболее распространенного для гранулитов соотношения Рсог / Робщ порядка 0 7-0 8 общее давление при пиковом (М1) метаморфизме оценено величиной > 9-10 кбар (рис 8)

Захват углекислогных включений второй генерации (FL2) характеризует второе метаморфическое событие в регионе (М2) Ранее были выполнены детальные исследования T-P-í02 метаморфизма железистых кварцитов Приазовского блока (Терещенко СИ, 1979, Фонарев ВИ, 1987) Полученные результаты (Т=710±20°С, Р=5кбар) в общем соответствуют параметрам этого метаморфического события С использованием двупироксенового геотермометра и Opx-Ol-Qtz геобарометра (согласованная система TPF) были определены значения температур (695 ± 35°С) и давлений (5 ± 0 6 кбар) Захват включений генерации FL2 произошел при давлении порядка 5 4 кбар (Т = 695 ± 35°С) (рис 3), что практически полностью соответствует данным минералогической барометрии (5 кбар)

Возраст пород, сходство состава и свойств флюидных включений в архейских гранулитах Курско-Бесединского и Приазовского блоков, а также близкая полиметаморфическая история ВКМ и УЩ подтверждают предположение, что они входили в состав Сарматии (рис 1 б), как единый докембрийский Оскольско-Азовский домен (Shchipansky, Bogdanova, 1996)

Список основных работ по теме диссертации.

1 Новикова M А, Пилюгин С M Минералогия и физико-химические условия метаморфизма высокометаморфнзованных пород архейской железисто-кремнистой формации в центральной части Курской магнитной аномалии // Труды молодых ученых ВГУ 2004, выпуск 1

2 Савко К А , Пилюгин С M , Новикова M А Минералогия, фазовые равновесия и условия метаморфизма пород неоархейской железисто-кремнистой формации КМА в пределах Тарасовских аномалий // Вестн Воронежского ун-та, сер геол , 2004, № 2

3 Фонарев В И, Пилюгин С M, Савко К А, Новикова M А Высокотемпературный метаморфизм железисто-кремнистой формации Курско-Бесединского блока (Воронежский кристаллический массив) // Апатиты-2004 , секция "Геология"

4 Новикова M А Флюидный режим мезоархейской железисто-кремнистой формации Воронежского кристаллического массива // Ломоносов-2005, секция «Геология»

5 Fonarev V, Novikova M, Savko К , Pilugin S C02-rich and N2-nch fluid inclusions m Archean ultiahigh-temperature metamorphic BIF of Voronezh crystalline massif (East European craton, Russia) // ECROFI XVIII - Siena 6 - 9 July 2005

6 Новикова M А Типы газово-жидких включений и их значение при реконструкции условий метаморфизма железисто-кремнистой формации ВКМ // Саратов-2005, «Геологи XXI века», секция «Геология»

7 Fonarev V , Pilugin S , Savko К , Novikova M Exsolution textures of ortho- and clmopyroxene in high - grade BIF of the Voronezh Crystalline Massif evidence oí ultrahigh-tempeiature metamorphism / // Journal of Metamorphic Geology, 2006, N 24 P 135-151

8 Новикова M A, Фонарев В И Флюидные включения в высокометаморфнзованных породах железистой формации Воронежского кристаллического массива// Екатеринбург-2006, секция "Метаморфизм и геодинамика"

9 Fonarev V, Pilugin S , Savko К , Novikova M Exsolution Textures ol Ortho- and

Clinopyioxene in High-Grade BIF of the Voronezh Crystalline Massif Evidence of Ultrahigh-Temperature Metamorphism Trend of Metamorphic evolution // International Conference "Granuhtes and Granuhtes 2006" Brazil, 2006 10 В И Фонарев, CM Пилюгин, АН Конилов, MA Новикова, К А Савко Гранулитовый метаморфизмом ультравысоких температур/высоких давлений (УВТ/ВД) в докембрии Восточно-Европейской платформы // Гранулиитовые комплексы в геологическом развитии докембрия и фанерозоя материалы II Российской конференции по проблемам геологии и геодинамики докембрия Санкт-Петербург 2007г С 362-368

Заказ № 2/05/08 Подписано в печать 04 05 2008 Тираж 100 зкз Уел п л 1,5

ч\ ООО "Цифровичок", тел (495) 797-75-76, (495) 778-22-20 ) \v\vw с/г га , е-тай т/о@с/г ги

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Новикова, Мария Алексеевна

Список сокращений, условных обозначений, символов, единиц и терминов

Введение.

Глава 1. Краткий очерк геологического строения.

1.1. Курско-Бесединский блок Воронежского кристаллического массива.

1.2. Мариупольское рудное поле Приазовского блока Украинского щита.

Глава 2. Минералогия и петрография.

2.1. Курско-Бесединский блок Воронежского кристаллического массива.

2.1.1. Петрографическое описание образцов.

2:1.2. Химизм минералов.

2.2. Приазовский блок Украинского щита.

2.2.1. Петрографическое описание образцов.

2.2.2. Химизм минералов.

Глава 3. Методы исследования.

Глава 4. Результаты микротермометрии флюидных включений из Курско-Бесединского блока ВКМ.

4.1. Типы флюидных включений.'.

4.2. Генерации углекислотных включений.

Глава 4. Результаты микротермометрии флюидных включений из Приазовского блока УЩ.

5.1. Типы флюидных включений.

5.2. Генерации углекислотных включений.

Глава 6. Р-Т тренды метаморфической эволюции.

6.1. Курско-Бесединский блок ВКМ.

6.2. Приазовский блок УЩ.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Флюидный режим метаморфизма архейской железисто-кремнистой формации Сарматии (по данным изучения флюидных включений)"

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 сложности 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 I хронологической последовательности их формирования;

• оценка Р-Т параметров и флюидного режима метаморфизма.

Фактический материал. Объектом исследований являлись породы архейской железисто-кремнистой формации Курско-Бесединского блока ВКМ и Мариупольского рудного поля 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, 04-0564585,04-05-65109,06-05-64088). ,

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.

Научная новизна. Все полученные выходе выполнения работы результаты исследований являются новыми и оригинальными.

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 клинопироксенов позволили впервые определить условия пикового метаморфизма в регионе.

Интерпретация данных по флюидным включениям в минералах позволила скорректировать параметры и тренд метаморфизма, обосновать его полистадийность, 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 флюидно-термальных событий архейских железистых формаций ВКМ и УЩ может быть использована для более полной и объективной 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:

1. 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 -49.2°С, FL2a и FL2b с Thm,n= -14.2 и 0.1 °С соответственно, и FL3 с Thmin = 22.3 °С.

2. 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 -46.6°С и FL2 с Thmin = -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> 1000°С, Р = 10-11 кбар; М2 - Т= 710°С, Р = 4.6-5.2 кбар; МЗ -Т— 615°С, Р = 3.5 кбар; для гранулитов Приазовского блока УЩ - Ml - при Т > 930°С, Р = 9-10 кбар; М2 - Т= 695°С, Р = 5-5.4 кбар.

Апробация результатов исследования. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных и российских совещаниях ("ECROF1" (Siena, Italy, 2005)); "Granulites and Granulites 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 общим объемом 105 страниц, включая 65 страниц текста, 8 таблиц, 27 рисунков и список литературы из 73 наименований, состоит из введения, шести глав и заключения.

Заключение Диссертация по теме "Петрология, вулканология", Новикова, Мария Алексеевна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Настоящая работа посвящена реконструкции; условий метаморфизма (оценка Р-Т параметров; глубинности и флюидного режима): пород железистых формаций докембрия? Воронежского- кристаллического- массива^ (Курско-Бесединский блок) и Украинского щита (Мариупольское рудное; поле Приазовский блок).

В? результате проведенных исследований обработаны, данные: по флюидным включениям в высокометаморфизованных; породах: железистой; формации Воронежского кристаллического :массива1И:Украинского щита. .

Флюидные включения в породах Воронежского" кристаллического' массива (Курско-Бесединский гранулитовыи блок)' - магнетитовых кварцитах, глиноземисто-железистых породах, метапелитах и метаклинопироксенитах представлены углекислотными' и в подчиненном-; количестве - азотно,-метановыми, . азотно • (+метан?)-водными; водно-солевыми и водными разновидностями; Выделено три генерации СОг включений с: минимальными температурами:гомогенизации: -49.2°С (FL1), -14.2 и 0:1 (соответственно, FL2a и FL2b), 22.3 (FL3). Наиболее • плотные, включения FL1 характеризуют условия пикового метаморфизма и встречены только, в магнетитовых кварцитах, которые часто1 содержат, уникальные клино- и ортопироксеньь со структурами распада и температурой первичной кристаллизации > 1000HG. G ними ассоциируют N2-CH4 включения (СН4 от 8 до 39' мол.%). В более позднем по сравнению с пироксенами гранате присутствуют первичные СОг включения исключительно генерации (FL2a,b), состав, и плотность которых,, таким образом; соответствуют условиям? его кристаллизации. Водно-солевые включения; часто ассоциирующие с, С02 и N2-CMj разностями, характеризуются относительно^низкими: концентрациями 1.9-4.9 мас.% NaCl экв. По общему химическому составу магнетитовые кварциты и железисто-силикатные: породы заметно отличаются от метабазитов и метаультрабазитов, а темноцветные минералы в них обладают очень высокой и близкой железистостью (например, XFe Grt варьирует от 0.81-0.86 до 0.95-0.97). Это указывает на общность их первичного (осадочного) происхождения. В целом для всех, пород характерна относительно высокая гомогенность этих минералов по составу. Для конкретных зерен граната;: содержащих ОСЬ включения генерации FL2a,b были определены Р-Т; условий их захвата.

Сопоставлением положения изохор углекислотных включений, с данными минералогической; термобарометрии было, установлено 3 метаморфических (тектоно-термальных) события в' истории, региона: ; Mb — пиковый метаморфизм при Т > 1000°С, Р =• 10-11 кбар, D (глубина) = 36-405 км; М2 — Т - 710НС, Р - 4.6-5.2 кбар, D.= 16-18 км; МЗ - Т = 615°С, Р = 3.5 кбар,. D - 12 км. Предполагается также низкотемпературный (М4) метаморфизм, с Т < 400-500°С и Р порядка- 2 кбар. Существенная разница между T-P(D) условиями: пиковой и последующих ретроградных (М2 и МЗ) стадий метаморфизма: может свидетельствовать о существенном разрыве: во: времени также и периодов тектоно-термальной активизации региона.

Флюидные включения в породах Украинского щита (Мариупольское рудное: поле Приазовского блока) - железистых кварцитах представлены: углекислотными и в подчиненном количестве - азотно-метановыми, водно-солевыми и водными разностями. '

Выделено две генерации С02 включений с минимальными температурами, гомогенизации: -46.6°С (FL1), -29l3?C (FE2). Наиболее плотные включения FL1 по аналогии с ВКМ характеризуют условия пикового метаморфизма и встречены в железистых кварцитах, которые содержат уникальные клино- и ортопироксены со структурами распада и температурой первичной кристаллизации. > 930°С. С ними ассоциируют N2-СЩ включения (СН4 от 3 до 35 мол.%) и водно-солевыми, разностями, характеризующиеся относительно низкими концентрациями 3.85 — 7.01 мас.% NaCl экв.

Сопоставлением положения изохор углекислотных включений с данными минералогической- термобарометрии было установлено 2 метаморфических (тектоно-термальных) события в истории региона: Ml — пиковый метаморфизм при Т > 930°С, Р = 9-10 кбар, D (глубина) = 34-36 км; М2 — Т = 695°С, Р = 5-5.4 кбар, D = 18-20 км.

Флюидный режим эволюционировал от пика метаморфизма* к ретроградным стадиям, хотя и не очень значительно. На ранних стадиях (пиковые условия) кроме углекислоты, очевидно, глубинного-происхождения, и небольшого количества воды существенную роль во флюиде играла смесь реликтового (протолитового) азота (преимущественно) с метаном, связанная с первичными процессами осадкообразования. На ретроградных метаморфических стадиях (М2 и МЗ) преобладал расслоенный (гетерогенизированный) водно-углекислотный флюид. - Такая гетерогенизация привела в, результате к чисто углекислотному характеру включений в минералах, которые нередко ассоциируют с водно-солевыми включениями. Присутствие азотно-метанового флюида при метаморфизме железистых пород Курско-Бесединского- гранулитового блока ВКМ и-Мариупольского рудного поля Приазовского блока Украинского щита определяет его важнейшее значение как биомаркера докембрийских осадочных процессов.

В высокометаморфизованных железистых кварцитах Воронежского кристаллического массива (Курско-Бесединский блок) впервые обнаружены высокоплотные углекислотные включения и орто- и клинопироксены со структурами распада, полностью аналогичными для Мариупольского рудного поля (Приазовский блок, Украинский щит). Это свидетельствует о* близких пиковых температурах метаморфизма (высоких) исследованных первично осадочных пород ВКМ и УЩ, что, в свою очередь, подтверждает представления о распаде крупного континента Сарматии, существовавшего в докембрии, на два сегмента - Украинский щит и ВКМ.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Новикова, Мария Алексеевна, Москва

1. Артеменко Г.В. Геохронологическая корреляция вулканизма и гранитоидного магматизма юго-восточной части Украинского щита и Курской магнитной аномалии // Киев: Наукова думка. Геохимия и рудообразование. 1995. Вып. 21. С. 129-154.

2. Артеменко Г.В., Швайка И.А., Татаринова Е.А. Палеоархейский возраст ультраметаморфических плагиогранитоидов Курско-Бесединского блока (Воронежский кристаллический массив) // Геологический журнал. 2006. № 1.

3. Белевцев Я.Н., Терещенко С.И. Термобарические условия формирования пород железорудной формации Украинского щита // Сб. Основные параметры природных процессов эндогенного рудообразования. Наука, Новосибирск. 1979. Т. 1. С. 166-171.

4. Вальтер А.А. Ассоциация минералов в эвлизите Мариупольского железорудного месторождения (Приазовье) // Минер. Сб. 1970. Вып. 3, №24. С. 303-314.

5. Васюкова О.В., Фонарев В.И. Экспериментальное моделирование трансформации Н2О-СО2-СН4 включений в условиях изобарического охлаждения и изотермической компрессии // Геохимия. 2003. № 44. С. 1170-1180.

6. Глевасский Е.Б., Есипчук К.Е. Цуканов В.А. Пироксены метаморфических пород Приазовья // Геологический журнал 1973. Т. 33. Вып. 1.С. 42-51.

7. Графчиков А.А., Фонарев В.И. Гранат-ортопироксен-плагиоклаз-кварцевый геобарометр (экспериментальная калибровка) // ДАН СССР. 1990. Т. 312. №5. С. 1215-1218.

8. Доброхотов М.Н. Некоторые вопросы геологии докембрия КМА// Материалы по геологии и полезным ископаемым центральных районовевропейской, части СССР. Труды геол. Управл. Центральных районов. Вып. К М. 1958. С. 80-93.

9. Зарицкий А.И:, Каиыгин Л.И., Кирикилица С.И. и др. Железисто-кремнистая формация докембрия Мариупольского рудного поля. М.: Недра. 1974. С. 150.

10. Ю.Кравченко ГЛ., Яковлев Б.Г. Об условиях метаморфизма Куксуигурского железорудного месторождения (Западное Приазовье) // Геологический журнал. 1976. Т. 36. Вып. 2. С. 21-37.

11. Плаксенко Н.А!, Щеголей. И.Н. Основные черты стратиграфии и закономерности литогенеза в раннем докембрии КМА// Литогенез: в докембрии и фанерозое Воронежской антеклизы. Воронеж. 1977. G. 325. ■ ' ;

12. По л ищу к в: Д., Голивкин Н.И., Зайцев Ю.С., Клашш Б.Д., Полищук В.И., Павловский В.И:, Красовицкая Р.С. Геология, гидрогеология и железные руды , бассейна Курской' магнитной, аномалии. Том 1. Геология. М. Недра. 1970: С. 439

13. Полищук В. Д., Полищук В.И. Метаморфические комплексы фундамента бассейна Курской магнитной* аномалии (КМА): В сб. Метаморфические комплексы, фундамента Русской- плиты1 (ред. В.Б.Дагелайский и Л.П.Бондаренко). Наука. Ленинград. 1978. С. 131156.

14. Фонарев В.И, Ваеюкова О.В. Сантош М. Высокоплотные СОг включения в породах: Тривандрумского гранулитового блока (Южная Индия); необычный тренд метаморфизма , и. истории эксгумации региона // Геохимия. 2003. Том. 392. № 4. С. 1-5.

15. Чернышов Н.М., Бочаров В.Л., Фролов: С.М. Гипербазиты КМА. Воронеж: Изд-во ВГУ. 1981. С. 252. ;

16. Щеголев И.Н. Железорудные месторождения докембрия и методы их изучения. М.: Недра. 1985. С. 197.

17. Щеголев И.Н., Фролов С.М., Бочаров B.JI. и др. О связи метаморфизма интрузивных мафитов с магнетитообразованием в раннем' архее на территории КМА// Изв; ВУЗов, геол. и разв. 1988. № 10. С. 79-86.

18. Andersen Т., Austrheim H., Burke E.A.J., Elvevold S. N2 and C02 in deep crustal fluids: evidence from the Caledonides of Norway // Chem. Geol. 1993. V. 108. P. 113-132.

19. Bakker RJ. Package FLUIDS 1. Computer programs for analysis of fluid inclusion data and for modelling bulk fluid properties // Chem. Geol. 2003. V. 194. P. 3-23.

20. Barnicoat A.C., O'Hara M.J. High-temperature pyroxenes from an ironstone at Scourie, Sutherland//Mineral. Mag. 1979. V. 43. P. 371-375.

21. Beaumont V., Robert F. Nitrogen isotope ratios of kerogens in Precambrian cherts: a record of the evolution of atmospheric chemistry? // Precambrian Res. 1999. V. 96. P. 63-82.

22. Berman, R. G. Thermobarometry using multiequilibrium calculations: a new technique with petrologic applications // Canadian Mineralogist. 1991. V. 29. P. 833-855.

23. Bonnichsen B. Metamorphic pyroxenes and amphiboles in the Biwabik iron formation, Dunlca River area, Minnesota // Mineral. Soc. Amer. Spec. Pap. 1969. V. 2. P. 217-239.

24. Bogdanova, S. V., Pashkevich, I. K., Gorbatschev, R. & Orlyuk, M. I. Riphean rifting and major Palaeoproterozoic crustal boundaries in the basement of the East European Craton: geology and geophysics // Tectonophysics. 1996. V. 268. P. 1-21.

25. Boyd S.R. Ammonium as a biomarker in Precambrian metasediments // Precambrian Res. 2001. V. 108. P. 159-173.

26. Boyd S.R., Philippot P. Precambrian ammonium biogeochemistry: a study of the Moine metasediments, Scotland // Chem. Geol. 1998. V. 144. P. 257-268.

27. Coolen J.J.M.M.M. Carbonic fluid inclusions in granulites from Tanzania — a comparison of geobarometric methods based on fluid density and mineral chemistry // Chem. Geol. 1982. V. 37. P. 59-77.

28. De Wit, M. J. & Hart, R. A. Earth's earliest continental lithosphere, hydrothermal flux and crustal recycling // Lithos. 1993. V. 30. P. 309-335.

29. Duan Z., MMler N., Weare, J.H. Molecular dynamics simulation of PVT properties, of geological fluids and a general equation of state of nonpolarfand weakly polar gases up to 2000 К and 20,000 bar // Geochim. Cosmochim. Acta. 1992. V. 56. P. 3839-3845.

30. Duan Z., M0ller N., Weare, J.H. A general equation of state for supercritical fluid mixtures and molecular dynamics simulation of mixture PVTX properties// Geochim. Cosmochim. Acta. 1996. V. 60. P. 1209-1216.

31. Duit W., Jansen J.B.H., van Breemen A., Bos A. Ammonium,, micas in metamorphic rocks as exemplipied by Dome de l'Agout (France) // Am. J. Sci. 1986. V. 286. P: 702-732.

32. Dymek R., Klein C. Chemistry, petrology and origin of banded iron formation lithologies from the 3800 ma Ysua supracrustal belt, West Greenland // Precambrian Res. 1988. V. 39. P. 247-302.

33. Fonarev V.I., Graphchikov A.A. Two-pyroxene thermometry: a critical evaluation // Progress in metamorphic and magmatic Petrology. A memorial Vol. in Honor of D.S. Korzhinsky / Ed. Perchuk L.L. Cambridge University Press, Cambridge. 1991. P. 65-92.

34. Fonarev V.I., Graphchikov A.A., Konilov A.N. A consistent system of geothermometers for metamorphic complexes // Intern. Geol. Rev. 1991. V. 33. №. 8. P. 743-783.

35. Fonarev V.I., Kreulen R. Polymetamorphism in the Lapland Cranulite Belt: Evidence from Fluid Inclusions // Petrology. 1995. V. 3. № 4. P. 340-356.

36. Fonarev V.I., Touret J.L.R., Kotelnikova Z.A. Fluid inclusions in rock from the Central Kola granulit area (Baltic shield) // Eur. J. Miner. 1998. V. 10. P. 1181-1200.

37. Fonarev V.I., Santosh M., Vasiukova O.V., Filimonov M.B. Fluid evolution and exhumation path of the Trivandrum Granulite Block, southern India // Contrib. Mineral. Petrol. 2003. V. 145. P. 339-354.

38. Fonarev V.I., Konilov A.N. Pulsating evolution of metamorphism in granulite terrains: Kolvitsa meta-anorthosite massif, Kolvitsa belt, Northeast Baltic shield// Intern. Geol. Rev. 2005. V. 47. №. 8. P. 815-850.

39. Fonarev V.I., Pilugin S.M., Savko K.A., Novikova M.A. Exsolution Textures of ortho- and.clinopyroxene in high-grade BIF of the Voronezh Crystalline Massif: Evidence of ultrahigh-temperature metamorphism. J. metamorphic Geol. 2006. V. 24. P. 135-151.

40. Frantz J.D., Popp R.K., Hoering T.C. The compositional limits of fuid immiscibility in the system H20-NaCl-CC>2 as determined with the, use of synthetic fuid inclusions in conjunction with mass spectrometry?// Chem. Geol. 1992. V. 98. P. 237-255.

41. Friend, C. R. L. & Kinny, P. Dl New evidence for protolith ages of Lewisian granulites, northwest Scotland // Geology. 1995. V. 23. P. 1027-1030.

42. Fu В., Touret J.L.R., Zheng Y.-F. Fluid inclusions in coesite-bearing eclogites and jadeite quartzite at Shuanghe, Dabie Shan (China) // J. metamorphic Geol. 2001. V. 19. P. 531-547.

43. Gorbatschev R., Bogdanova S. Frontiers in the Baltic Shield // Precambrian Res. 1993. V. 64. P. 3-22.

44. Harris N.B.W., Jayaram S. Metamorphism of cordierite gneisses from the Bangalore region of the Indian Archean //Lithos. 1982. V. 15. P. 89-98.

45. Herms P. Fluids in a 2 Ga old subduction zone deduced from eclogite-facies rocks of the Usagaran belt, Tanzania // Eur. J. Mineral. 2002. V. 14. P. 361-373.

46. Honma Н., Itihara Y. Distribution of ammonium in minerals of metamorphic and granitic rocks // Geochim. Cosmochim. Acta. 1981. V. 45. P. 983-988.

47. Kretz, R. Symbols for rock-forming minerals // American Mineralogist. 1983. V. 68. P. 277-279.

48. Johnson E.L. Experimentally determined limits for EkO-CC^-NaCl immiscibility in granulites //Geology. 1991. V. 19. P. 925-928.

49. Larsen R.B., Eide E.A., Burke E.A.J. Evolution of metamorphic volatiles during exhumation of microdiamond-bearing granulites in the Western Gneiss Region, Norway // Contrib. Mineral. Petrol. 1998. V. 133. P. 106121.

50. Lindsley, D.H. Pyroxene thermometry // American Mineralogist. 1983. V. 68. P. 477-493.

51. Maaskant P. Thermobarometry of the Furua granulites, Tanzania: a comparative study // Neues Jahrbuch fur Mineralogie, Abhandlungen. 2004. V. 180. P. 65-100.

52. Munyanyiwa H., Touret J.L.R., Jelsma H.A. Thermobarometry and fluid evolution of enderbites within the Magondi Mobile Belt, northern Zimbabwe //Lithos. 1993. V. 29. P. 163-176. ^

53. Powell, R. & Holland, T. J. B. Thermocalc 3.1. Windows version. 2001.

54. Roedder E. Fluid inclusion // Reviews in Mineralogy. 1984. V. 12. P. 644. 66.Sandiford M., Powell R Pyroxene exsolution in granulites from Fyfe Hills,

55. Shield across the Dniepr-Donets Aulacogen // Tectonophysie/1996. V. 268. P. 109-125.

56. Sheraton, J. W. & Black, I. P. Geochemistry of Precambrian gneisses: Relevance for the evolution of the East Antarctic Shield // Lithos. 1983. V. 16. P. 273-296.

57. Shmulovich K.I., Graham C.M. An experimental study of phase equilibria in the system H20-C02-NaCl at 800°C and 9 kbar // Contrib. Mineral. Petrol. 1999. V. 136. P. 247-257.

58. Touret J.L.R. Fluid inclusion in high grade metamorphic rocks // In: Short course in fluid inclusions: application to petrology. Mineralogical Association of Canada. 1981. P. 182-208.

59. Touret J.L.R. Fluid regime in southern Norway: the record of fluid inclusions // Contrib. Mineral. Petrol. 1985. V. 121. P. 309-323.

60. Touret J.L.R. Fluids in metamorphic rocks // Lithos. 2001. V. 55. P. 1-25.

61. Vaniman D.T., Papike J.J., Labotka T. Contact metamorphic effect of the Stillwater Complex, Montana: the concordant iron formation // Am. Mineral. 1980. V. 65. P. 1087-1102.