Геохимия и петрология раннедокембрийских метабазитов Байдарикского блока

Беляев, Василий Анатольевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Геохимия и петрология раннедокембрийских метабазитов Байдарикского блока
ВАК РФ 25.00.09, Геохимия, геохимические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Геохимия и петрология раннедокембрийских метабазитов Байдарикского блока"

БЕЛЯЕВ ВАСИЛИЙ АНАТОЛЬЕВИЧ

ГЕОХИМИЯ И ПЕТРОЛОГИЯ РАННЕДОКЕМБРИЙСКИХ МЕТАБАЗИТОВ БАЙДАРИКСКОГО БЛОКА (ЦЕНТРАЛЬНАЯ МОНГОЛИЯ)

25.00.09 - геохимия, геохимические методы поисков полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата геолого-минералогических наук

го пар:::;

Иркутск - 2014

005546076

БЕЛЯЕВ ВАСИЛИЙ АНАТОЛЬЕВИЧ

ГЕОХИМИЯ И ПЕТРОЛОГИЯ РАННЕДОКЕМБРИЙСКИХ МЕТАБАЗИТОВ БАЙДАРИКСКОГО БЛОКА (ЦЕНТРАЛЬНАЯ МОНГОЛИЯ)

.00.09 - геохимия, геохимические методы поисков полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата геолого-минералогических наук

Иркутск - 2014

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте геохимии им. А.П. Виноградова Сибирского отделения Российской академии наук.

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук

Горнова Марина Аркадьевна

Официальные оппоненты: доктор геолого-минерапогических наук,

старший научный сотрудник Туркина Ольга Михайловна, ИГМ СО РАН, г. Новосибирск

кандидат геолого-минералогических наук Донская Татьяна Владимировна, ИЗК СО РАН, г. Иркутск

Ведущая организация: Федеральное государственное

бюджетное учреждение науки Институт геологии и геохронологии докембрия Российской академии наук, г. Санкт-Петербург

Защита состоится 15 апреля 2014 года в 14— часов на заседании диссертационного совета Д 003.059.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте геохимии им. А.П. Виноградова Сибирского отделения Российской академии наук по адресу: 664033, Иркутск, ул. Фаворского, 1а; факс: (3952)42-70-50, e-mail: korol@igc.irk.ru, http://igc.irk.ru/.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГХ СО РАН

Автореферат разослан "/Змарта 2014 г.

Учёный секретарь диссертационного Г.П. Королева

совета, к.г.-м.н.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Формирование континентальной коры - главный геологический процесс, происходящий на всем протяжении истории Земли. Раннедокембрийская кора фундаментов кратонов представлена гранит-зеленокаменными и гранулито-гнейсовыми областями [Конди, 1983]. Ее важный компонент - породы основного и ультраосновного состава. Традиционно, большее внимание исследователей уделялось геохимии и петрологии вулканитов зеленокаменных поясов [Arndt, 1994; Condie, 1994; Arndt et al., 2008]. Основные-ультраосновные породы раннедокембрийских высокометаморфизованных областей изучены меньше. Они могут представлять собой деформированные расслоенные интрузии [Windley et al., 1981; Sills et al., 1982], фрагменты даек, предшествовавших гранулитовому метаморфизму [Rollinson, Lowry, 1992], метаморфизованные толщи вулканитов основного (ультраосновного) и средне-кислого состава [Jahn, Zhang, 1984; Вовна, 2007; Turkina et al., 2012], и фрагменты зеленокаменных поясов в гранито-гнейсах [McGregor, Mason, 1977]. Геохимические исследования показывают, что эти породы формировались во внутриплитных и субдукционных геодинамических обстановках [Jahn, Zhang, 1984; Вовна, 2007; Turkina et al., 2012]. Изучение основных и ультраосновных пород высокометаморфизованных областей раннего докембрия дает информацию о начальных стадиях формирования континентальной коры и возможность проведения геодинамических реконструкций, что определяет актуальность работы.

Цель исследования - реконструкция ранних стадий формирования континентальной коры байдарагинского комплекса Байдарикского блока.

Задачи:

исследование петрографических особенностей метабазитов;

изучение распределения главных и редких элементов в породах и минералах метабазитов;

реконструкция магматических протолитов метабазитов; построение модели образования и эволюции состава метабазитов.

Фактический материал и методы исследования. В основу диссертации положен фактический материал, отобранный автором во время полевых сезонов 2006, 2009, 2013 гг. Изученная коллекция включает 80 образцов. Петрографические особенности пород изучались на поляризационном микроскопе Olimpus ВХ51. Определение содержаний петрогенных элементов (80 анализов) проводилось методом РФА на многоканальном спектрометре СРМ-25, Cr и Ni - методом атомной абсорбции на спектрометре 503 AAnalist 800 (Perkin-Elmer). Содержания редких элементов (40 анализов) определялись методом ICP-MS на масс-спектрометре

Element 2 (Thermo Finnigan). Перечисленные анализы выполнены по аттестованным методикам в ИГХ СО РАН.

Состав минералов (~ 1000 анализов) исследовался на рентгеноспектральном микроанализиторе JEOL JXA-8200 (ИГХ СО РАН) и сканирующем электронном микроскопе LEO 1430VP с энергодисперсионной приставкой INCA Energy 300 (ГИН СО РАН, Улан-Удэ). Определение содержаний редких элементов в минералах (80 анализов) проведено методом SIMS на вторично-ионном микрозонде Cameca IMS-4F Центра коллективного пользования «Диагностика микро- и наноструктур» (ЯФ ФТИАН РАН, Ярославль). Содержания элементов платиновой группы в метабазитах (10 анализов) определены методом изотопного разбавления с масс-спектрометрическим окончанием в ИГМ СО РАН (Новосибирск). Определение изотопного состава Nd в породах (22 анализа) выполнено методом TIMS на масс-спектрометре Triton (Thermo Finnigan) в Institute of Earth Sciences, Academia Sinica (Тайвань, Тайбэй).

Использованы методы численного моделирования по редким элементам процессов коровой контаминации и частичного плавления.

Личный вклад автора заключается в полевых исследованиях, пробоподготовке, выделении Nd для изотопного анализа, обработке и интерпретации полученных аналитических данных.

Работа выполнена в лаборатории геохимии основного и ультраосновного магматизма ИГХ СО РАН и поддержана грантом РФФИ № 12-05-31242 мол а.

Научная новизна. Впервые детально изучен минералого-геохимический состав метабазитов байдарагинского комплекса, в том числе изотопный состав Nd, распределение элементов платиновой группы, несовместимых элементов в породах и минералах. Реконструированы магматические протолиты основных пород. По геохимическим критериям выявлена коровая контаминация магматических протолитов части метабазитов. В большинстве исследованных пород установлены признаки метасоматического изменения химического состава пород и минералов.

Практическая значимость. Изложенный в работе методический подход может быть использован при реконструкции магматических протолитов и геодинамических обстановок формирования основных пород высокометаморфизованных комплексов раннего докембрия.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и содержит 156 страниц, 58 рисунков, 18 таблиц. Список литературы включает 120 наименований.

Во введении обсуждается актуальность работы, ее цели и задачи, описаны методы исследования и сформулированы защищаемые положения. Глава 1 содержит

сведения о геологическом строении, геохронологии фундамента Байдарикского блока и геологическом положении метабазитов байдарагинского комплекса. В главе 2 рассмотрена петрография метабазитов. Глава 3 посвящена геохимическим особенностям метабазитов и реконструкции их магматических протолитов. В главе 4 приведен состав минералов, в том числе распределение редкоземельных и редких элементов в них. Глава 5 суммирует полученные данные для построения модели формирования метабазитов. Заключение содержит полученные выводы.

Апробация. По теме диссертации опубликованы две статьи в журналах, включенных в систему цитирования Web of Science, а также 11 тезисов докладов.

Основные результаты исследований докладывались на конференции молодых ученых «Современные проблемы геохимии» (Иркутск, 2007, 2009, 2011, 2013), XV Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2008), совещании «Геодинамическая эволюция литосферы Центрально-Азиатского подвижного пояса (от океана к континенту)» (Иркутск, 2008, 2013), «Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле» (Новосибирск, 2006, 2008,2010, 2012).

Благодарности. Автор глубоко признателен своему научному руководителю, д.г.-м.н. М.А. Горновой. Автор благодарен за обсуждение результатов и помощь в исследованиях коллегам: академику РАН М.И. Кузьмину, д.г.-м.н. А.Я. Медведеву, д.г.-м.н. И.К. Козакову, Dr. K.-L. Wang, д.г.-м.н. В.А. Макрыгиной, к.г.-м.н. A.C. Мехоношину, к.г.-м.н. А.Г. Полозову, к.г.-м.н. С.Ю. Скузоватову, к.г.-м.н. Н.Е. Литасову, М.А. Митичкину, к.г.-м.н. Ю.П. Бенедюку, A.A. Каримову, Д. Энхбату, И.В. Трубицину, аналитикам: к.ф.-м.н. О.Ю. Белозеровой, H.H. Пахомовой, к.х.н. Е.В. Смирновой, В.Н. Власовой, к.ф.-м.н. В.И. Меньшикову, д.т.н. А.Л. Финкелыитейну, O.A. Козьменко, к.х.н. C.B. Палесскому, к.ф.-м.н. С.Г. Симакину, Е.В. Потапову, к.г.-м.н. C.B. Канакину, Е.В. Ходыревой.

ОБОСНОВАНИЕ ЗАЩИЩАЕМЫХ ПОЛОЖЕНИЙ

Байдарикский блок представляет собой микроконтинент (фрагмент кратона) в Центрально-Азиатском складчатом поясе. Геологическое строение и геохронология фундамента Байдарикского блока рассмотрены в ряде работ [Митрофанов и др., 1981, 1985; Козаков, 1986; Ранний докембрий ..., 1993; Котов и др., 1995; Макарычев, 1997; Козаков и др., 1997, 2007]. В кристаллическом фундаменте Байдарикского блока выделены верхнеархейский байдарагинский и нижнепротерозойский бумбугерский метаморфические комплексы, которые с несогласием перекрываются рифейским осадочным чехлом (рис. 1).

99*30'

-{Байдарикский блок:

Кристаллический фундамент: байдарашнский (AR2) и бумбугерский (PRO комплексы Осадочный чехол: ульзитгольский комплекс (R2-3)

Н Тацаингольский комплекс (V)

i • ^ftfl Баянхонгорская зона офиолитового меланжа Габброиды (PZ?)

|+ +-ti Габбро-диориты и фанитоиды (V-PZi) | - ~ | Осадки (PZ2-3) Ц Граниты (PZ3-MZ)

101'30'в.д

Осадки (MZ-KZ)

Рис. 1. Геологическое положение кристаллических комплексов Байдарикского блока [Козаков и др., 2007, 2012, с упрощениями].

Байдарагинский комплекс сложен мигматизированными биотитовыми и биотит-амфиболовыми тоналитовыми плагиогнейсами с возрастом магматического протолита ~ 2.65 млрд. лет [Козаков и др., 2007]. Тоналитовые плагиогнейсы содержат линзовидные и будинообразные включения амфиболитов и гранулитов среднего и основного состава. Ядра цирконов из включения гранулитов среднего состава имеют более древний возраст (до 2.76 млрд. лет) [Козаков и др., 2007]. Размер будин метабазитов варьирует от 20-30 см до первых десятков метров по удлинению. Тела метабазитов залегают согласно с полосчатостью плагиогнейсов. Их контакты часто рассланцованы и трассируются лейкократовыми кварц-плагиоклазовыми прожилками, образование которых связано с мигматизацией, широко проявленной в байдарагинском комплексе.

В кристаллическом фундаменте Байдарикского блока датировано два этапа высокотемпературного метаморфизма (гранулитовой и амфиболитовой фации). Эти этапы отмечены внедрением син- и посткинематических гранитоидов: 2364±6 -2308±4 млн. лет и 1854±5 - 1825±5 млн. лет [Котов и др., 1995]. Современная структура фундамента Байдарикского блока сформировалась во время последнего этапа высокотемпературного метаморфизма (~ 1.85-1.82 млрд. лет), с которым связано образование изоклинальных складок, рассланцевание и мигматизация [Козаков и др., 2007].

По петрографическим особенностям среди метабазитов выделены основные гранулиты и амфиболиты, по классификации [Metamorphic rocks ..., 2007]. Основные гранулиты имеют массивную текстуру и гранобластовую структуру и сложены ассоциацией Opx-Cpx-Pl±Amp±Bt (сокращенные названия минералов по [Whitney, Evans, 2010]). Двупироксеновые породы без амфибола (рис. 2А) представлены единичными образцами. Более распространены основные гранулиты, в которых содержание амфибола варьирует от 10 до 50 об.%. Амфибол замещает зерна пироксенов (рис. 2Б), редко - равновесен с ними. В ряде образцов присутствует биотит в межзерновых пространствах.

Амфиболиты (рис. 2В) сложены ассоциацией Amp-Pl±Bt±Cpx±Ep±Kfs±Qz. Их текстура массивная, реже сланцеватая, структура гранобластовая, лепидогранобластовая. Содержание амфибола > 30 об.%, в меланократовых разностях > 70 об.% (рис. 2Г). Во многих образцах есть биотит. Клинопироксен присутствует редко в виде реликтов. Судя по присутствию реликтов клинопироксена и гранобластовой структуре, некоторые амфиболиты могли сформироваться за счет регрессивного метаморфизма основных гранулитов.

Рис. 2. Петрографические разновидности метабазитов байдарагинского комплекса Байдарикского блока.

А - основные гранулиты без амфибола; Б - основные гранулиты с большим количеством амфибола; В - амфиболиты; Г - меланократовые амфиболиты. Поляризаторы скрещены.

Первое защищаемое положение: Геохимические особенности метабазитов байдарагинского комплекса Байдарикского блока позволяют реконструировать их исходные магмы как толеитовые базальты континентов или океанических плато, А1-необедненные и AI-обедненные базальтовые коматииты.

На петрохимических диаграммах в координатах AI203/Si02 - Si02 [Антипин, Макрыгина, 2006] и Si02 - Ca0+Ti02+SFe2C>3 - АЬ03 [Де Рош, 1972] метаморфиты байдарагинского комплекса реконструируются как магматические породы: основные гранулиты и амфиболиты - как породы основного состава, плагиогнейсы - как средние-кислые породы.

Fe + Ti

Рис. 3. Классификационная диаграмма [Jensen, 1976] для метабазитов байдарагинского комплекса.

Поля составов вулканитов: 1-3 - толеитовые базальты: 1 - палеоокеанических плато зеленокаменных поясов провинции Сьюпериор [Hollings et al., 1999], 2 - внутриконтинентального зеленокаменного пояса Белингве [Shimizu et al., 2005], 3 - океанического плато Онтонг Джава [Tejada et al., 1996]; 4 - островодужные низко-К базальты Восточного вулканического фронта Камчатки [Churikova et al., 2001]; 5 - Al-необедненные базальтовые коматииты пояса Ветреный [Пухтель и др., 1997], 6 - Al-обедненные базальтовые коматииты формации Мендон, пояс Барбертон [Lahaye et al., 1995]. Fe-Б - толеитовые Fe-базальты, Mg-Б - толеитовые Mg-базальты, Б - базальты, А - андезиты, Д - дациты, Р - риолиты. Линия разделяет толеитовую (Т) и известково-щелочную (ИЩ) серии.

По петрогенному составу выделено три группы метабазитов. На классификационной диаграмме AI - Fe+Ti - Mg (рис. 3) и вариационных диаграммах MgO - компонент (рис. 4, а также для XFeO, Cr, Ni - не показано), использующих немобильные при метаморфизме элементы, точки метабазитов образуют самостоятельные поля. Метабазиты группы 1 близки к составу толеитовых базальтов континентов и океанических плато архея и фанерозоя, метабазиты группы 2 - А1-необедненных, группы 3 - AI-обедненных базальтовых коматиитов. По мере уменьшения Mg# (Mg/Mg+Fe), в породах уменьшаются содержания Cr, Ni и возрастают - EFeO, Ti02, А1203, что согласуется с фракционной кристаллизацией исходных магм.

Отношение А1203/ТЮ2 в метабазитах группы 2 (18-28) и группы 3 (7-12) близко к значениям в А1-необедненных (Al203/Ti02 = 22) и А1-обедненных коматиитах (Al203/Ti02 = 10) [Arndt, 1994]. Высокое содержание Cr (300-2800 ppm) и Ni (100-700 ppm) сближает эти метабазиты с базальтовыми коматиитами.

МдО, мас.% МдО, мас.%

Рис. 4. Вариационные диаграммы 1^0 - ТЮ2 и - А1203 для метабазитов байдарагинского комплекса. Поля составов вулканитов - см. рис. 3.

В группе 1 часть проб имеет распределение несовместимых элементов, характерное для толеитовых базальтов океанических плато, за исключением мобильных элементов - КЬ, Ва, ТЪ и Бг (рис. 5А), остальные образцы демонстрируют сходные содержания только наиболее консервативных элементов -¿г, Щ "Д НЯЕЕ (рис. 5Б). В группах 2 и 3 единичные образцы близки составу А1-необедненных и А1-обедненных базальтовых коматиитов, соответственно, в том числе контаминированным континентальной корой (рис. 5В, Д), а некоторые сопоставимы с этими вулканитами по содержаниям немобильных элементов (рис. 5Г, Е).

"Т I i I I I I I I I I I I I I I I I Rb Ba Th Nb La Ce Sr Nd Zr Hf Sm Eu Ti Gd Dy Y Er Yb

H—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—1 Rb Ba Th Nb La Ce Sr Nd Zr Hf Sm Eu TI Gd Dy Y Er Yb

Порода I примитивная мантия

□ 2

М06-4, основной гранулит М06-26, амфиболит М06-4/1, амфиболит М06-9, основной гранулит М06-15, основной гранулит М09-4, амфиболит М09-11, амфиболит

М06-8, амфиболит М06-17, амфиболит * M09-9, амфиболит ■о- М09-15, амфиболит М09-16, амфиболит М09-39, основной гранулит

Rb Ba Th Nb La Ce Sr Nd Zr Hf Sm Eu T» Gd Dy Y Er Yb

Rb Ba Th Nb La Ce Sr Nd Zr Hf Sm Eu Ti Gd Dy Y Er Yb

M06-10, основной гранулит -й- M06-11, основной гранулит M09-32, основной гранулит О M06-2/1, амфиболит -в» М09-19, амфиболит

■9- М06-29, амфиболит

♦ М06-34, амфиболит -о- MQ6-35, амфиболит

* М06-18, амфиболит

■ér М06-19, основной фанулит М09-34, основной гранулит

Рис. 5. Распределение несовместимых элементов в метабазитах группы 1 (А, Б), 2 (В, Г), 3 (Д, Е).

Показаны поля составов: 1-3 - толеитовых базальтов: 1 - океанического плато Онтонг Джава [Tejada et al., 1996], 2 - палеоокеанического плато зеленокаменного пояса Ламби Лэйк [Hollings et al., 1999], 3 - внутриконтинентального зеленокаменного пояса Белингве [Shimizu et al., 2005], 4 - | низко-К островодужных базальтов Восточного вулканического фронта Камчатки [Churikova et al., j 2001], 5-6 - вулканитов зеленокаменного пояса Белингве [Shimizu et al., 2005]: 5 - j неконтаминированных А1-необедненных коматиитов, 6 — контаминированных базальтовых ; коматиитов, 7 - Al-обедненных базальтовых коматиитов формации Мендон, зеленокаменный пояс \ Барбертон [Lahaye et al., 1995]. Нормировано к примитивной мантии [Sun, McDonough, 1989].

Правомерность выделения петрохимических групп метабазитов подтверждается распределением в них элементов платиновой группы (РОЕ). Три группы метабазитов образуют разные поля составов на вариационных диаграммах содержаний - РОЕ и имеют разные спектры нормированных содержаний РОЕ, сходных с составом толеитовых базальтов океанических плато (рис. 6А), А1-необедненных коматиитов (рис. 6Б) и А1-обедненных коматиитов (рис. 6В). о.1 -з Порода / хондрит о -

0.001 -5

Группа 1

♦ М06-4

М06-26 0 0001 ^ -М- М09-11 М06-9

1Е-005

0.001 -=

Группа 2

-♦- М06-11 -к- М 06-29 0 0001 1 -TÉT- М06-34 -*- М06-19

1 Е-005

~г

Группа 3

-4- М06-1 -^r- М09-24

Os lr Ru Pt Pd Re Os Ir Ru Pt Pd Re Os Ir Ru Pt Pd Re

Рис. 6. Нормированное к хондриту [Horan et al., 2003] распределение элементов платиновой группы в метабазитах байдарагинского комплекса: группа 1 (А), группа 2 (Б), группа 3 (В).

Показаны поля составов вулканитов: А - толеитовых базальтов океанического плато Онтонг Джава [Ely, Neal, 2002], Б - А1-необедненных коматиитов зеленокаменного пояса Белингве (зона спинифекс) [Puchtel et al., 2009а], В - AI-обедненных коматиитов зеленокаменного пояса Шапенбург [Puchtel et al., 2009b],

Второе защищаемое положение: В большей части метабазитов байдарагинского комплекса Байдарикского блока содержание несовместимых редких элементов не соответствует составу их протолитов. Породы с разным петрогенным составом характеризуются близким специфическим распределением несовместимых элементов (обогащение LILE, LREE, отрицательные аномалии Nb, Zr, Hf, Ti и Sr) и вариациями изотопного состава Nd.

В каждой группе метабазитов наблюдается различное распределение несовместимых элементов. Пробы с недифференцированным мультиэлементным

спектром наиболее близки к зеленый знак).

Некоторые метабазиты относительно магматических обогащены Th, LILE, LREE, имеют отрицательные аномалии Nb и Ti, отношения La/SmpM > 1, Th/LaPM > 1, что характерно для контаминированных коматиитов и

составу магматических протолитов (рис. 5А, 6А,

по редкоэлементному составу слабо изменены протолитов (рис. 5А, В, Д, синий знак). Они

базальтов зеленокаменных поясов (рис. 5В). По мере увеличения степени контаминации, в основных-ультраосновных вулканитах возрастают отношения La/SmpM, Th/LaPM, La/NbpM> Th/NbPM, и углубляется отрицательная аномалия Nb [Puchtel et al., 1997; Hollings, Kerrich, 1999]. По опубликованным данным, максимальные содержания La в контаминированных коматиитах и базальтах составляют около 10 ррт. Такие же содержания La наблюдаются и в слабо измененных метабазитах байдарагинского комплекса.

Добавление даже небольшого количества (от 1-2 мае. %) контаминанта вызовет появление отрицательной аномалии Nb и рост содержаний Th-LREE в магме, при этом содержания петрогенных элементов не изменятся существенно. Проведено моделирование по редким элементам процесса коровой контаминации толеитовых базальтов архейскими тоналит-трондьемит-гранодиоритами по модели AFC (ассимиляции и фракционной кристаллизации). Результаты моделирования показывают соответствие рассчитанных составов с содержанием редких элементов в части исследованных пород (рис. 7). Таким образом, магматические протолиты некоторых метабазитов байдарагинского комплекса могли быть контаминированы

Рис. 7. Модель контаминации метабазитов группы 1 - процесс AFC (ассимиляции и фракционной кристаллизации).

Формула расчета, по [Интерпретация геохимических данных, 2001, с. 74]. г -отношение скорости ассимиляции к скорости фракционирования, F - доля оставшейся магмы Контаминант - средний состав архейских ТТГ [Martin, 1994], состав исходной магмы -толеитовый базальт ML68 океанического плато Онтонг Джава [Tejada et al., 1996].

Значительная часть метабазитов с разным петрогенным составом имеет похожие по форме мультиэлементные спектры, характеризующиеся обогащением ' LILE, LREE, минимумами HFSE и Sr (рис. 5Б, Г, Е). Редкоэлементный состав этих метабазитов сильно изменен относительно магматических протолитов. Высокие содержания La (> 10 ppm) и форма мультиэлементных спектров не могут быть объяснены процессом коровой контаминации.

веществом континентальной коры.

100 —1

га 5

к (б i ш s

s ю — S s a. с

CL О

г = 0.2 М06-15 М09-4 М09-22 Контаминант Исходная магма

I I I I I I I I I Г

Th Nb La Ce Nd Zr Sm Dy Er Yb

В двух будинах амфиболитов (размером 0.6 и 2 м) обнаружена геохимическая зональность: от центра к краю возрастают содержания LILE и LREE (рис. 8), при этом содержания петрогенных оксидов практически не меняются. В самых маленьких (30-40 см) будинах и телах, интенсивно пронизанных лейкократовыми прожилками, наблюдаются наибольшие содержания LILE и LREE.

100 -п

10 -

Порода / примитивная мантия

Группа 1: ♦ М09-11 М09-9 Группа 2: М06-34 -Ф- М06-35

Рис. 8. Геохимическая зональность центр-край в будинах амфиболитов

байдарагинского комплекса.

центр

"I I I I I I I I I I I I I I I I I I

ЯЬ Ва ТЬ 1ЧЬ 1а Се Бг N0) Тг Н1 Эт Ей Т| вс! Эу У Ег УЬ

В метабазитах байдарагинского комплекса наблюдаются вариации изотопного состава Ыс1. Породы, близкие к составу магматических протолитов по

распределению несовместимых элементов,

наибольшие отношения

143Nd/144Nd (рис. 9). В слабо измененных метабазитах происходит уменьшение значений ,43Nd/l44Nd и увеличение содержания La, подобные особенности свойственны контаминированным коматиитам [Puchtel et al., 1997]. В зональной будине амфиболитов группы 1 изотопное отношение 143Nd/i44Nd уменьшается от центра к краю. В сильно измененных метабазитах наблюдаются наименьшие отношения ,43Nd/'44Nd, которые приближаются к значениям во вмещающих тоналитовых плагиогнейсах байдарагинского комплекса (рис. 9).

юо -п La, ppm

Ь га

Метабазиты: • • • - группа 1 -Ат**- группа 2 ▲ А - группа 3

близкие к протолиту слабо измененные сильно измененные

Рис. 9. Вариации изотопного состава N(1 и содержаний Ьа в метабазитах и тоналитовых гнейсах байдарагинского комплекса. Стрелкой показано изменение состава в будине амфиболитов группы 1 от центра к краю.

край

Зональность в будине амфиболитов^, центр

ig, Тоналитовые плагиогнейсы ^ Мигматизированный ппагиогнейс

★ -1

—1—1—1—1—1—1—Г

0.5105 0.511 0.5115 0.512 0.5125 0.513

143Nd/144N(j

На первый взгляд, мультиэлементные спектры сильно измененных | метабазитов похожи на таковые базальтов островных дуг, для которых свойственно обогащение LILE, LREE и минимумы Nb, Ti, Zr, Hf. Хотя по содержаниям MgO (4-9 мас.%) метабазиты группы 1 байдарагинского комплекса близки островодужным базальтам, они отличаются соотношением других элементов и содержаниями ТЮ2 и AI2O3 (рис. 3, 4). Кроме того, метабазиты группы 1 с сильно измененным редкоэлементным составом имеют иные мультиэлементные спектры по сравнению с островодужными базальтами (рис. 5Б). Следовательно, рассматриваемые необычные мультиэлементные спектры метабазитов разного петрогенного состава обусловлены процессом постмагматического изменения.

Третье защищаемое положение: Изменение редкоэлементного состава метабазитов байдарагинского комплекса Байдарикского блока обусловлено преобразованием их минералов под воздействием кислых расплавов и связанных с ними фторсодержащих флюидов.

Состав породообразующих минералов показывает закономерное изменение в ряду метабазитов: близкие к магматическому протолиту - слабо измененные -сильно измененные. В пределах групп метабазитов в этом направлении в клинопироксенах и ортопироксенах наблюдается уменьшение содержания Ti и AI (IV) и падение магнезиальное™, в плагиоклазах - уменьшение содержания анортита и появление альбитизированных участков. В основных гранулитах происходит изменение состава Са-амфибола, представленного паргаситом в слабо измененных и эденитом - в сильно измененных метабазитах.

В основных гранулитах группы 1, близких к магматическому протолиту, клинопироксены имеют нормальный спектр REE с обеднением LREE (рис. 10А). Во всех группах пород в клинопироксене слабо измененных метабазитов наблюдается недифференцированный спектр REE или слабое обогащение LREE. В сильно измененных породах клинопироксен показывает увеличение содержаний LREE и преобладание LREE над HREE (рис. 10Б). Подобная картина отмечена в клинопироксенах из метапироксенитов комплекса Льюис, где это было объяснено метасоматозом пород [Rollinson, Gravestock, 2012]. Дифференцированное распределение REE наблюдается в клинопироксенах метаморфических пород [Скублов, 2005; Nehring et al., 2010].

В метабазитах байдарагинского комплекса, близких магматическому протолиту и слабо измененных, спектр REE ортопироксена подобен составу ортопироксенов основных гранулитов [Скублов, 2005; Nehring et al., 2010] (рис. 10В). В сильно измененных метабазитах, ортопироксен значительно обогащен REE и имеет специфическую форму распределения (рис. ЮГ).

CL Ct X

О 10 -d

Q. S

0 1

1 s

с ^

Метабазиты группы 1 :

I I I

M06-4 M06-9 M06-15 M09-15

ГТ

близкие к протолиту слабо измененные сильно измененные

I I I I I I I I I

Метабазиты групп 2 и 3:

Группа 2: -•- М09-34 -А- М06-11

Группа 3: -Ф- М06-1 -M- М09-24

I I I II I

I I I

La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu

100 -g

IS Q-

iio-i

О X

a> i о ü о

-A- M06-4 -♦- M06-15 I I I I I I I I I I I I I I C

La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu

Группа 2: -•- M09-34 —A— M06-11

Группа 3: -H- M09-24

I I I II I I I I I I I I I

La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Oy Ho Er Tm Yb Lu

Рис. 10. Распределение REE в клино- и ортопироксенах метабазитов байдарагинского комплекса.

Серая линия (А, В) - состав пироксенов из основных гранулитов Центральной Финляндии [Nehring et al., 2010]. Поля составов (Б) - клинопироксен из основных гранулитов (метапироксенитов) комплекса Льюис [Rollinson, Gravestock, 2012]. Нормировано к хондриту [Sun, McDonough, 1989].

В Са-амфиболе наблюдается увеличение содержаний REE и изменение формы спектра (LREE преобладают над HREE) от близких к протолиту и слабо измененных к сильно измененным метабазитам (рис. 11 Б). В основных гранулитах групп 2 и 3 Са-амфибол содержит в 2-3 раза больше REE и повторяет спектр REE клинопироксена (рис. 10Б, 11 Б). Подобные соотношения свидетельствуют о равновесии этих минералов по редкоземельным элементам [Nehring et al., 2010].

Плагиоклаз из близких к протолиту и слабо измененных метабазитов обеднен HREE и близок к составу плагиоклазов основных гранулитов [Nehring et al., 2010]. В сильно измененных метабазитах в плагиоклазе отмечается увеличение содержания HREE (рис. 11В, Г).

В минералах всех изученных образцов с увеличением REE возрастают содержания LILE и HFSE.

s о.

ч:ioo -=

о 10 ю

те

ГС О

Метабазиты группы 1: Мд-гастингсит

роговая обманка

М09-15 -А- М06-17

-I- М09-9 - край будины -I- М09-11 - центр будины

Метабазиты групп 2 и 3:

эденит

СГ 10-X

со -i _

<0 ^

ГО 0.1 -у с с

0.01 ■

I I I I I II I I I I II I

La Се Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu

близкие к протолиту 100 i слабо измененные

сильно измененные

1С

37-39

Группа 2 ■•- М06-29 * М06-34 -•- М09-34 л М06-11 I I I I I I

Группа 3: -Ф- М06-1

М 09-14 Б * М09-24

I I I I I

М06-4 М06-15 М09-11 - центр будины" М09-9 - край будины

40-48

1 I I I I I I I Г

La Се Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu

Группа 3: -*- M06-1 M09-24

Группа 2: -•- M09-34 M06-11

~п

42-444

I I I I I I I I I I I I I I

La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu

I I I I I

La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu

Рис. 11. Распределение REE в Са-амфиболах и плагиоклазах метабазитов байдарагинского комплекса.

Серое поле (В) - состав плагиоклаза из основных гранулитов Центральной Финляндии [Nehring et al., 2010]. Цифрами (В, Г) показано процентное содержание анортита в плагиоклазе.

Описанные выше закономерности изменения редкоземельного состава

минералов с ростом степени метасоматоза подтверждаются наблюдениями для

будины амфиболитов группы 1 с геохимической зональностью. От центра к краю

будины, увеличиваются содержания REE в плагиоклазе (рис. 11В) и титаните (не

показано), в амфиболе меняется спектр REE от ровного до обогащенного LREE (рис.

IIA). На краю будины в амфиболе наблюдается рост содержаний REE от центра к

краю зерен (рис. IIA).

Таким образом, установлено, что изменение состава минералов обусловлено

привносом в породы несовместимых элементов (REE, HFSE, LILE). Кроме того,

минералы метабазитов содержат значительное количество F (до 1.7 мас.% в Са-

амфиболе, до 3 мас.% в биотите, до 2.2 мас.% в титаните, до 5 мас.% в апатите) при

отсутствии С1. Экспериментальными работами показано, что присутствие F, С1 или

их соединений в высокотемпературном флюиде повышает растворимость химических элементов, обычно неподвижных в водном флюиде, таких как REE и HFSE [Newton, Manning, 2010; Rapp et al., 2010; Trapper et al., 2011, 2013]. Причем, при сходных P-T условиях F-содержащий флюид обладает большей способностью к растворимости REE, чем С1-содержащий [Trapper et al., 2011, 2013]. В риолитах Центральной Монголии и провинции Гавлер (Австралия) установлены флюидные F-содержащие включения и сегрегации с высокими содержаниями несовместимых элементов [Перетяжко, Савина, 2013; Agangi et al., 2010]. Этот краткий обзор показывает, что F-содержащий флюид может транспортировать несовместимые элементы, немобильные в водном флюиде.

Известны примеры метасоматоза основных гранулитов провинции Сьюпериор с привносом REE и HFSE посредством F-флюидов, источником которых предполагаются лейкосомы мигматитов [Pan, Fleet, 1996]. Мультиэлементные спектры этих пород (обогащение LILE, LREE, минимумы HFSE) по форме и уровню содержаний элементов похожи на состав сильно измененных метабазитов байдарагинского комплекса. Похожий редкоэлементный состав наблюдается в метабазитах пояса Лимпопо [Rollinson, Lowry, 1992] и Иркутного блока Шарыжалгайского выступа (неопубликованные данные автора). Таким образом, в ряде случаев в гранулит-амфиболитовых комплексах раннего докембрия присутствуют основные породы с признаками редкоэлементного метасоматоза.

МОДЕЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ МЕТАБАЗИТОВ БАЙДАРАГИНСКОГО КОМПЛЕКСА

Магматические протолиты метабазитов байдарагинского комплекса были представлены толеитовыми базальтами и базальтовыми коматиитами. Подобные ассоциации пород характерны для раннедокембрийских зеленокаменных поясов, которые формировались в обстановках океанических плато [Puchtel et al., 1999] и на континентах [Shimizu et al., 2005]. Внутриконтинентальные толеитовые базальты и базальты океанических плато имеют близкие геохимические характеристики [Золотухин и др., 2003; Симонов и др., 2005].

Метабазиты группы 1 байдарагинского комплекса по составу близки амфиболитам из тоналитовых плагиогнейсов Онотского блока [Туркина, 2004] и некоторым основным гранулитам Иркутного блока [Turkina et al., 2012] юго-запада Сибирского кратона. Эти породы объединяет сходство с толеитовыми базальтами океанических плато и в ряде случаев наличие геохимических признаков коровой контаминации. Подобные метабазиты отмечены в тоналитовых гнейсах Центральной Финляндии [Nehring et al., 2009], гранулитовых комплексах

Алданского щита Сибирского кратона [Вовна, 2007] и пояса Лимпопо, Зимбабве [Rollinson, Lowry, 1992]. По-видимому, метаморфизованные толеитовые базальты океанических плато широко распространены в ТТГ-гнейсах и гранулитовых комплексах раннего докембрия. Другим преобладающим типом пород являются метабазальты субдукционного происхождения, присутствующие в тоналнтовых плагиогнейсах провинции Сьюпериор [Whalen et al., 2002], и в гранулитовых комплексах Сибирского кратона - на Алданском щите [Вовна, 2007] и в Иркутном блоке Шарыжалгайского выступа [Turkina et al., 2012]. Наличие зон субдукции косвенно подтверждается петрологическими исследованиями раннедокембрийских мантийных перидотитов Шарыжалгайского выступа, испытавших взаимодействие с кислыми островодужными расплавами в надсубдукционной зоне [Gornova et al., 2013].

Следует отметить, что породы с высоким содержанием MgO, аналогичные метабазитам групп 2 и 3 байдарагинского комплекса, встречаются реже в гранулитовых комплексах раннего докембрия по сравнению с метаморфизованными толеитовыми базальтами. Высоко-магнезиальные основные породы присутствуют в гранулитовых комплексах Алданского щита Сибирского кратона [Вовна, 2007] и провинции Хэбэй Северо-Китайского кратона [Jahn, Zhang, 1984], и рассматриваются как метаморфизованные аналоги коматиитов.

Исходные вулканические протолиты метабазитов байдарагинского комплекса, по-видимому, формировались во внутриконтинентальной обстановке. Во время излияния на поверхность, вулканиты основного состава были контаминированы веществом уже существовавшей континентальной коры, на что указывают геохимические характеристики части исследованных образцов метабазитов. В дальнейшем эта вулканическая толща была метаморфизована в гранулитовой-амфиболитовой фации.

Происхождение протолитов тоналитовых плагиогнейсов байдарагинского комплекса можно рассматривать в рамках модели частичного плавления метабазитового субстрата, которая протестирована экспериментальными и геохимическими работами [Rapp, Watson, 1995; Martin, 1994; Moyen, 2011]. Формирование архейских ТТГ могло происходить в различных геодинамических обстановках посредством плавления субдуцирующей океанической коры и плавления нижней коры при процессах аккреции и коллизии террейнов [Moyen, 2011]. Образующиеся тоналиты отличаются химическим составом, Р-Т условиями частичного плавления и модальным составом рестита.

Древний (по сравнению с возрастом кристаллизации) модельный возраст Nd архейских ТТГ-комплексов свидетельствует об их формировании за счет уже

существовавшей континентальной коры [Whalen et al., 2002]. Высокие значения модельного возраста Nd (TNd(DM) = 3.1-3.3 млрд. лет при возрасте кристаллизации 2.65 млрд. лет [Козаков и др., 1997, 2007]) в тоналитовых гнейсах байдарагинского комплекса указывают на частичное плавление субстрата с длительной коровой предысторией. Это не согласуется с моделью плавления океанической коры в зоне субдукции и служит доводом в пользу выплавления тоналитовых магм в низах континентальной коры, при давлениях -10-15 кбар.

В экспериментах по частичному плавлению основных пород, проведенных при 8-15 кбар и 750-1100°С [Rushmer, 1991; Wolf, Wyllie, 1994; Springer, Seck, 1997; Qian, Hermann, 2013] выявлены две реакции частичного плавления, которые можно представить в упрощенном виде:

Amp + PI ± Qz = расплав + Срх + PI Amp + PI ± Qz = расплав + Grt + Срх

Гранат появляется в реститах при давлении > 10 кбар и температуре 850°С [Wolf, Wyllie, 1994].

Можно предположить, что породы, аналогичные метабазитам байдарагинского комплекса, являлись субстратом для выплавления тоналитов. Для проверки этой гипотезы выполнено численное моделирование по REE равновесного немодального частичного плавления по уравнению из работы [Shaw, 1970]. За состав плавящегося субстрата взят амфиболит группы 1 с недифференцированным спектром несовместимых элементов, близкий по составу толеитовым базальтам океанических плато или неконтаминированным континентальным базальтам и не испытавший метасоматического преобразования. Использованы коэффициенты распределения минерал/расплав, определенные по составу минералов архейских гранулитов, испытавших частичное плавление с образованием тоналитов [Nehring et al., 2010]. Рассматривался различный модальный состав реститов, в соответствии с экспериментами [Qian, Hermann, 2013].

Результаты моделирования показывают, что 5-15 % плавление амфиболитов группы 1 байдарагинского комплекса по реакции с образованием гранатовых гранулитов (Grt + PI + Срх + Орх) могло привести к образованию тоналитов -протолитов тоналитовых плагиогнейсов байдарагинского комплекса (рассмотрен только состав немигматизированных плагиогнейсов). Присутствие небольшого количества граната в рестите обеспечивает обеднение HREE, наблюдаемое в тоналитовых гнейсах байдарагинского комплекса (рис. 13А), следовательно, частичное плавление происходило при давлении > 10 кбар. Моделирование плавления по реакции с образованием безгранатового двупироксенового рестита (PI

+ Срх + Орх) не дает необходимого обеднения HR.EE образующихся тоналитов (рис. 13Б).

Отсутствие граната и не свойственный реститам ровный мультиэлементный спектр основных гранулитов байдарагинского комплекса противоречит их реститовому происхождению.

Я ю-;

Модельные Тоналитовые 1000 Модельные Тоналитовые

выплавки: гнейсы: выплавки: гнейсы:

- - • расплав - 5% —0— N109-21 - - - - расплав - 5% —0— М09-21

- - • расплав -15% —0— М09-25 - - • расплав -15% —0— М09-25

Состав рестита: 50%Срх, 25%Орх, 10%Gr, 15% PI

1 I I I 1 I 1 1 Г"

La Ce Nd Sm Eu Gd Dy Er Yb

Состав рестита: 50%Cpx, 25%Opx, 25% PI

"I-1-1-1-1-1

La Ce Nd Sm Eu Gd

-1

Er Yb

Рис. 13. Моделирование равновесного немодального частичного плавления метабазитовых гранатсодержащих (А) и безгранатовых (Б) источников при формировании тоналитовых магм.

Таким образом, более глубинные аналоги изученных метабазитов, обладающие недифференцированным распределением REE, могли быть субстратом для выплавления протолитов тоналитовых гнейсов байдарагинского комплекса. Образующиеся тоналитовые магмы при подъеме к поверхности интрудировали вышележащую метаморфическую толщу и захватывали фрагменты основных гранулитов и амфиболитов, ныне присутствующих в байдарагинском комплексе. Это косвенно подтверждается отсутствием минеральных парагенезисов гранулитовой фации в тоналитовых плагиогнейсах и их наличием в будинах метабазитов.

Метасоматоз метабазитов мог происходить на нескольких этапах при: (1) внедрении тоналитов (протолитов плагиогнейсов байдарагинского комплекса), (2) мигматизации тоналитовых плагиогнейсов, (3) внедрении гранитоидов во время высокотемпературного метаморфизма.

Тоналитовые плагиогнейсы, магматические протолиты которых «опробовали» метабазиты, обладают повышенными содержаниями LILE и LREE и умеренными -HREE (рис. 14А); вряд ли они могли повысить уровень HREE в сильно измененных метабазитах.

В результате мигматизации тоналитовых плагиогнейсов образовывались обедненные несовместимыми элементами Qz-Pl лейкосомы (рис. 14А). Судя по наличию Eu-максимума и низкому уровню REE, они представляют собой Qz-Pl

кумуляты более обогащенных расплавов; известно, что часто состав лейкосом мигматитов не отражает состава формирующихся кислых расплавов [Sawyer, 1987]. В работах, показывающих метасоматический привнос REE и HFSE в основные гранулиты, в качестве источника флюида рассматриваются лейкосомы, обедненные REE [Pan, Fleet, 1996].

Сильно измененные метабазиты байдарагинского комплекса по форме мультиэлементного спектра сходны с составом синкинематических гранат-гиперстеновых гранодиоритов, внедрявшихся в фундамент Байдарикского блока на пике раннепротерозойского (1.85 млрд. лет) метаморфизма, а также с посткинематическими гранитоидами Сибирского кратона с возрастом 1.86-1.87 млрд. лет [Донская и др., 2005] (рис. 14Б). В ряде случаев, в байдарагинском комплексе синкинематические калиевые гранитоиды пространственно ассоциируют с телами сильно измененных метабазитов или пронизывают их тонкими инъекциями. Кроме того, падение Na/K отношения от слабо к сильно измененным метабазитам и повышенное содержание F в калиевых гранитоидах делает их наиболее вероятным источником флюидов, вызвавших сильные метасоматические изменения редкоэлементного состава метабазитов. Однако, нельзя исключать более ранних метасоматических преобразований, происходивших во время внедрения тоналитов и мигматизации тоналитовых плагиогнейсов.

Grt-Opx гранодиорит О 7554

—I—I—I—I-1—I—I—I—I—I—I—I—I—I-1—I—I

Rb Ba Th Nb La Се Sr Nd Zr Hf Sm Eu Ti Gd Oy Y Er Yb

Рис. 14. Распределение несовместимых элементов в гранитоидах измененными метабазитами байдарагинского комплекса.

А - тоналитовые плагиогнейсы байдарагинского комплекса и лейкосомы синкинематические гранат-гиперстеновые гранодиориты (1.85 млрд. лет) Байдарикского блока (анализ предоставлен И.К. Козаковым). Поля

сравнении с сильно

них. Б -фундаменте составов: 1 — сильно

измененные метабазиты байдарагинского комплекса, 2 - постколлизионные гранитоиды (1.86 млрд. лет) юга Сибирского кратона, шумихинский комплекс [Донская, 2005].

Порода / примитивная мантия

Qz-Pl лейкосомы в плагиогнейсах

А-»- МОв-16' М0Э-13

—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I

Rb Ba Th Nb La Се Sr Nd Zr Hf Sm Eu Ti Gd Dy Y Er Yb

Мигматизированный Тоналитовые плагиогнейс плагиогнейсы -*- М09-12 ■+■ М09-21

• М09-25

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные детальные геохимические исследования метабазитов байдарагинского комплекса Байдарикского блока показали, что их протолитами были толеитовые базальты и базальтовые коматииты, которые формировались во внутриконтинентальной обстановке.

В дальнейшем толща основных пород испытала гранулитовый метаморфизм и частичное плавление с образованием тоналитовых магм. Формировавшиеся тоналиты «захватывали» вышележащие основные породы, которые сейчас слагают будины в тоналитовых плагиогнейсах байдарагинского комплекса.

Затем байдарагинский комплекс испытал два этапа высокотемпературного метаморфизма, во время которого происходила мигматизация тоналитовых гнейсов и внедрение син- и посткинематических гранитоидов. Эти процессы привели к метасоматическому изменению части исследованных метабазитов байдарагинского комплекса и формированию в них специфического распределения редких элементов.

Подобные метасоматические процессы могли быть широко проявлены в раннедокембрийских высокометаморфизованных комплексах, что говорит о необходимости осторожной интерпретации состава магматических протолитов и геодинамических обстановок их формирования на основе геохимических данных.

Основные публикации по теме диссертации

1. Беляев В.А., Горнова М.А., Медведев А.Я., Пахомова H.H. Геохимические особенности включений метабазитов в «серых» гнейсах Байдарикского блока (Центральная Монголия) // Геология и геофизика. -2012 - Т. 53. -№ 4. - С. 419-434.

2. Gomova М.А., Belyaev V.A., Belozerova O.Yu. Textures and geochemistry of the Saramta peridotites (Siberian craton): melting and refertilization during early evolution of the continental lithospheric mantle // Journal of Asian Earth Sciences. - 2013. - V. 62. - P. 4-17.

3. Беляев B.A. Геохимия архейских тоналитовых гнейсов Байдарикского блока (Центральная Монголия) // Современные проблемы геохимии: Материалы конференции молодых ученых. - Иркутск: Издательство Института географии СО РАН.-2011.-С. 26-30.

4. Belyaev V.A. Geochemical diversity of metabasite pods from the Neoarchean Baidaragin grey gneiss complex, Central Mongolia // The 6th International Siberian Early Career GeoScientists Conference: Proceedings of the Conference. - Novosibirsk: IGM, IPPG SB RAS & NSU. - 2012. - P. 95-96.

5. Беляев B.A., Горнова M.A. Распределение несовместимых элементов в минералах метабазитов из архейских тоналитовых гнейсов Байдарикского блока (Центральная Монголия) // Геодинамическая эволюция литосферы Центрально-Азиатского подвижного пояса (от океана к континенту): Материалы совещания. Вып. 11. — Иркутск, Институт земной коры СО РАН. -2013. - С. 32-34.

Подписано в печать 12.03.2014. Формат 62x94/16. Бумага офсетная. Объем 1,5 усл.печ.л. Тираж 150, Заказ 65. Отпечатано в типографии: ООО «Центр НАУЧСЕРВИС» Иркутск, ул. Лермонтова 126, офис 9а

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Беляев, Василий Анатольевич, Иркутск

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ГЕОХИМИИ ИМ. А.П. ВИНОГРАДОВА СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

На правах рукописи

04201457080

БЕЛЯЕВ ВАСИЛИЙ АНАТОЛЬЕВИЧ

ГЕОХИМИЯ И ПЕТРОЛОГИЯ РАННЕДОКЕМБРИЙСКИХ МЕТАБАЗИТОВ БАЙДАРИКСКОГО БЛОКА (ЦЕНТРАЛЬНАЯ МОНГОЛИЯ)

25.00.09 - геохимия, геохимические методы поисков полезных ископаемых

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук Горнова Марина Аркадьевна

Иркутск-2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОГЛАВЛЕНИЕ................................................................................................................2

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................................4

ГЛАВА 1. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ БАЙДАРИКСКОГО БЛОКА..............8

1.1. Тектоническое положение и происхождение Байдарикского блока.:................8

1.2. Геологическое строение северо-западной части Байдарикского блока.............9

1.3. Геологическое положение метабазитов байдарагинского комплекса..............15

ГЛАВА 2. ПЕТРОГРАФИЯ МЕТАБАЗИТОВ БАЙДАРАГИНСКОГО КОМПЛЕКСА................................................................................................................19

2.1. Основные гранулиты..............................................................................................19

2.2. Амфиболиты...........................................................................................................23

ГЛАВА 3. ГЕОХИМИЯ МЕТАБАЗИТОВ БАЙДАРАГИНСКОГО КОМПЛЕКСА .........................................................................................................................................29

3.1. Подвижность химических элементов при метаморфизме.................................29

3.2. Петрохимия метабазитов.......................................................................................30

3.2.1. Реконструкция протолитов.................................................................................30

3.2.2. Распределение петрогенных элементов, Сг и №..............................................32

3.3. Геохимия редких элементов..................................................................................41

3.3.4. Геохимическая зональность будин метабазитов..............................................46

3.4. Интерпретация систематики несовместимых элементов...................................47

3.4.1. Редкоэлементный состав магматических протолитов.....................................47

3.4.2. Оценка степени коровой контаминации магматических протолитов...........49

3.4.3. Оценка метасоматического преобразования метабазитов..............................55

3.5. Изотопный состав N(1.............................................................................................56

3.6. Распределение элементов платиновой группы и Яе...........................................60

Выводы...........................................................................................................................66

ГЛАВА 4. СОСТАВ МИНЕРАЛОВ МЕТАБАЗИТОВ БАЙДАРАГИНСКОГО

КОМПЛЕКСА................................................................................................................67

4.1. Клинопироксены.....................................................................................................67

4.2. Ортопироксены.......................................................................................................74

4.3. Амфиболы...............................................................................................................75

4.4. Полевые шпаты.......................................................................................................85

4.5. Слюды......................................................................................................................90

4.6. Акцессорные минералы.........................................................................................93

4.7. Термобарометрия....................................................................................................97

4.8. Распределение несовместимых элементов в минералах..................................100

4.9. Изменение состава минералов в зональной будине амфиболитов..................115

Выводы.........................................................................................................................117

ГЛАВА 5. ПЕТРОГЕНЕЗИС МЕТАБАЗИТОВ БАЙДАРАГИНСКОГО КОМПЛЕКСА..............................................................................................................118

5.1. Взаимосвязь метабазитов и вмещающих тоналитовых гнейсов.....................118

5.2. Метасоматическое изменение состава метабазитов.........................................123

5.3. Источники метасоматизирующих флюидов......................................................127

5.4. Сопоставление с метабазитами архейских гранит-зеленокаменных..............131

и гранулито-гнейсовых областей...............................................................................131

5.5. Метасоматические преобразования метабазитов..............................................134

высокометаморфизованных областей.......................................................................134

Выводы.........................................................................................................................141

ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................................................142

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...........................................................................................143

ВВЕДЕНИЕ

Задачи:

исследование петрографических особенностей метабазитов;

изучение распределения главных и редких элементов в породах и минералах метабазитов;

реконструкция магматических протолитов метабазитов;

построение модели образования и эволюции состава метабазитов.

Фактический материал и методы исследования. В основу диссертации положен фактический материал, отобранный лично автором во время полевых сезонов 2006, 2009, 2013 гг. Изученная коллекция включает 80 образцов. Петрографические особенности пород изучались на поляризационном микроскопе Olimpus ВХ51. Определение содержаний петрогенных элементов (80 анализов) проводилось методом РФА на многоканальном спектрометре СРМ-25, Сг и Ni -методом атомной абсорбции на спектрометре 503 AAnalist 800 (Perkin-Elmer). Содержания редких элементов (40 анализов) определялись методом ICP-MS на масс-спектрометре Element 2 (Thermo Finnigan). Перечисленные анализы выполнены в ИГХ СО РАН.

Состав минералов (~ 1000 анализов) исследовался на рентгеноспектральном микроанализиторе JEOL JXA-8200 (ИГХ СО РАН) и сканирующем электронном микроскопе LEO 1430VP с энергодисперсионной приставкой INCA Energy 300 (ГИН СО РАН, Улан-Удэ). Определение содержаний редких элементов в минералах (80 анализов) проведено методом SIMS на вторично-ионном микрозонде Cameca IMS-4F в ЯФ ФТИАН РАН (Ярославль); аналитические работы выполнены на оборудовании Центра коллективного пользования «Диагностика микро- и наноструктур» при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации. Содержания элементов платиновой группы в метабазитах (10 анализов) определены методом изотопного разбавления с масс-спектрометрическим окончанием в ИГМ СО РАН (Новосибирск). Определение изотопного состава Nd в породах (22 анализа) выполнено методом TIMS на масс-спектрометре Triton (Thermo Finnigan) в Instutite of Earth Sciences, Academia Sinica (Тайвань, Тайпей).

Работа выполнена в лаборатории геохимии основного и ультраосновного магматизма ИГХ СО РАН и поддержана грантом РФФИ № 12-05-31242 мол_а.

Защищаемые положения:

1. Геохимические особенности метабазитов байдарагинского комплекса Байдарикского блока позволяют реконструировать их исходные магмы как толеитовые базальты континентов или океанических плато, А1-необедненные и Al-обедненные базальтовые коматииты.

2. В большей части метабазитов байдарагинского комплекса Байдарикского блока содержание несовместимых редких элементов не соответствует составу их протолитов. Породы с разным петрогенным составом характеризуются близким специфическим распределением несовместимых элементов (обогащение LILE, LREE, отрицательные аномалии Nb, Zr, Hf, Ti и Sr) и вариациями изотопного состава Nd.

3. Изменение редкоэлементного состава метабазитов байдарагинского комплекса Байдарикского блока обусловлено преобразованием их минералов под воздействием кислых расплавов и связанных с ними фторсодержащих флюидов.

A.A. Каримову, Д. Энхбату, И.В. Трубицину, аналитикам: к.ф.-м.н. О.Ю. Белозеровой, H.H. Пахомовой, к.х.н. Е.В. Смирновой, В.Н. Власовой, к.ф.-м.н.

B.И. Меньшикову, д.т.н. А.Л. Финкелыптейну, O.A. Козьменко, к.х.н. C.B. Палесскому, к.ф.-м.н. С.Г. Симакину, Е.В. Потапову, к.г.-м.н. C.B. Канакину, Е.В. Ходыревой.

ГЛАВА 1. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ БАЙДАРИКСКОГО БЛОКА 1.1. Тектоническое положение и происхождение Байдарикского блока

Центрально-Азиатский складчатый пояс включает в себя зоны мозаичного и линейного строения [Моссаковский и др., 1993]. Зоны мозаичного строения характеризуются аккреционным ростом континентальной коры путем последовательного причленения террейнов различного происхождения. Примером служит раннекаледонский супертеррейн Центральной Азии, который охватывает территорию Западной и Центральной Монголии. В его составе присутствуют террейны пассивных континентальных окраин, островных дуг, офиолиты и древние континентальные блоки (микроконтиненты). Древнейшие блоки микроконтинентов Центрально-Азиатского складчатого пояса -Байдарикский блок, Гарганская глыба и Тарбагатайский блок - характеризуются присутствием архейского кристаллического фундамента [Козаков и др., 2007, 2011].

Ранее предполагалось, что микроконтиненты Центрально-Азиатского складчатого пояса являются фрагментами Сибирского кратона [Зоненшайн и др., 1990]. Другая точка зрения заключается в том, что эти континентальные блоки откололись от Восточной Гондваны [Моссаковский и др., 1993].

Палеомагнитные исследования посткинематических гранитоидов (1825±5 млн. лет) фундамента Байдарикского блока показали, что согласно палеогеодинамическим реконструкциям, в это время Байдарикский блок мог находиться вблизи Северо-Китайского кратона [Козаков и др., 2007]. В процессе распада Родинии Дхабханский микроконтинент дрейфовал совместно с блоками Восточной Гондваны, включая Северо- и Южно-Китайский, Таримский кратоны [Моссаковский и др., 1993; Козаков и др., 2007].

Недавняя работа по датированию детритовых и ксенокристовых цирконов из террейнов Монголии (в том числе Дзабханский микроконтинент) показывает характерные пики возрастов около 1 ва (Гренвильская орогения), а также пики

возрастов между ~ 1240 и ~ 1470 млн. лет [Rojas-Agramonte et al., 2011; Kroner et al., 2011]. Корообразующие события этого возраста неизвестны в Сибирском и Северо-Китайском кратонах. Однако, Гренвильская орогения широко проявлена в Таримском кратоне (интервал 1.05-0.9 млрд.лет) [Lu et al., 2008]. В детритовых и ксенокристовых цирконах Монголии зафиксированы также максимумы возрастов между ~ 1700 и ~ 2600 млн. лет, которые обычны для Сибирского и СевероКитайского, Таримского и других кратонов. Более молодые пики возрастов в террейнах Монголии в интервале между 750 и 900 млн. лет могут отражать неопротерозойскую магматическую активность, связанную с ранними стадиями развития Центрально-Азиатского складчатого пояса [Rojas-Agramonte et al., 2011]. Согласно палеомагнитным данным, ~ 770-800 млн. лет назад Дзабханский микроконтинент мог принадлежать к Тариму, Южному Китаю, Индии или Австралии [Levashova et al., 2010, 2011; Левашова и др., 2011]. Учитывая сходство в распределении возрастов корообразующих событий и палеомагнитные данные, Таримский кратон является наиболее вероятным материнским континентом для Дзабханского микроконтинента.

1.2. Геологическое строение северо-западной части Байдарикского блока

В строении Байдарикского блока выделен раннедокембрийский кристаллический фундамент и рифейский осадочный чехол [Митрофанов и др., 1981; Козаков, 1986; Козаков и др., 2007]. Кристаллический фундамент слагают верхнеархейский байдарагинский и нижнепротерозойский бумбугерский метаморфические комплексы; они с несогласием перекрыты рифейским ульзитгольским комплексом чехла (рис. 1.1, 1.2).

Структурными и геохронологическими исследованиями установлено, что в фундаменте Байдарикского блока зафиксировано три этапа деформаций и высокотемпературного метаморфизма [Козаков, 1986; Ранний докембрий ...,

1993; Козаков и др., 2007]. Наложенный низкотемпературный метаморфизм проявлен как в породах фундамента, так и в рифейском осадочном чехле.

99°30'в.д

10Г30 в.д.

Рис. 1.1. Схема геологического положения кристаллических комплексов Байдарикского блока [Козаков и др., 2007, 2012], с упрощениями.

1 - нерасчлененные мезозойские и кайнозойские отложения; 2 - верхне- и среднепалеозойские отложения; 3 - кристаллические образования тацаингольского комплекса; 4 - нерасчлененные толщи ульзитгольского комплекса (средний-верхний рифей); 5 - кристаллический фундамент Байдарикского блока: нерасчлененные верхнеархейский (байдарагинский) и нижнепротерозойский (бумбугерский) комплексы; 6 - нерасчлененные породы Баянхонгорской зоны офиолитового меланжа; 7 - гранитоиды позднего палеозоя - раннего мезозоя; 8 - габбро-диориты и гранитоиды венда - раннего палеозоя; 9 -габброиды (ранний палеозой?); 10 - тектонические границы и зоны разломов; 11 -зона стратиграфического несогласия в основании ульдзитгольского комплекса.

МуЧЛЛХД

гтт

Н- + 4-

Рис. 1.2. Схема геологического строения северо-западной части Байдарикского блока (врезка на рис. 1.1) [Козаков и др., 2007].

1 2

1-2 - ульзитголькский комплекс (средний-верхний рифей): 1 - черные сланцы и филлиты, 2 - базальный горизонт (кварциты и гравелиты); 3-4 - бумбугерский комплекс (нижний протерозой): 3 - толща переслаивания мраморов, кварцитов, известково-силикатных пород, кристаллических сланцев и гнейсов; 4 -«контрастная» толща (кристаллические сланцы и лейкократовыеплагиогнейсы); 5

- байдарагинский комплекс (верхний архей): тоналитовые «серые» гнейсы; 6 -нерасчлененные нижнедокембрийские породы с реликтами гранулитов; 7 -граниты и гранодиориты (ранний мезозой); 8 - гранодиориты и диориты (ранний мезозой); 9 - порфировидные граниты, граносиениты и гранодиориты (поздний палеозой - ранний мезозой); 10 - синметаморфические гранитоиды (1854±5 млн. лет); 11 -гнейсо-гранодиоритыс реликтами эндербитов (нижний протерозой); 12

- габбро; 13 - разломы.

Байдарагинский комплекс представлен биотитовыми, биотит-амфиболовыми «серыми» плагиогнейсами тоналитового состава. Они в различной степени мигматизированы и содержат будины и линзообразные включения основн

Информация о работе

Беляев, Василий Анатольевич
кандидата геолого-минералогических наук
Иркутск, 2014
ВАК 25.00.09

Диссертация

Геохимия и петрология раннедокембрийских метабазитов Байдарикского блока - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы