Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Редкоземельные элементы в палеопротерозойских метаосадках воронцовской серии Воронежского кристаллического массива: геохимия, минералогия, фазовые равновесия, возраст метаморфизма по монациту

ВАК РФ 25.00.04, Петрология, вулканология

Автореферат диссертации по теме "Редкоземельные элементы в палеопротерозойских метаосадках воронцовской серии Воронежского кристаллического массива: геохимия, минералогия, фазовые равновесия, возраст метаморфизма по монациту"

На правах рукописи

БАЗИКОВ Николай Сергеевич

РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ В ПАЛЕОПРОТЕРОЗОЙСКИХ МЕТАОСАДКАХ ВОРОНЦОВСКОЙ СЕРИИ ВОРОНЕЖСКОГО КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО МАССИВА: ГЕОХИМИЯ, МИНЕРАЛОГИЯ, ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ, ВОЗРАСТ МЕТАМОРФИЗМА ПО МОНАЦИТУ

Специальность 25.00.04 - петрология, вулканология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

6 ДЕК 2012

Москва 2012

005056732

005056732

Работа выполнена на кафедре полезных ископаемых и недропользования геологического факультета ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет»

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук, профессор Савко Константин Аркадьевич

Официальные оппоненты:

Аранович Леонид Яковлевич, доктор геолого-минералогических наук, зав. лабораторией метаморфизма и метасоматизма ИГЕМ РАН (г. Москва)

Альбеков Александр Юрьевич, кандидат геолого-минералогических наук, доцент кафедры минералогии, петрографии и геохимии геологического факультета ФГБОУ ВПО ВГУ (г. Воронеж)

Ведущая организация:

Геологический Институт РАН (г. Москва)

Защита состоится 20 декабря 2012 г. в 12 час. на заседании диссертационного совета Д 002.122.01 Института геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Российской Академии Наук (ИГЕМ РАН) по адресу: 119017, г. Москва, Старомонетный пер., д. 35.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГЕМ РАН. Автореферат разослан 12 ноября 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 002.122.01

М.А. Юдовская

Актуальность темы. В последние несколько десятилетий был достигнут значительный прогресс в расшифровке эволюции метаморфических событий на основе изучения фазовых равновесий нндекс-минералов, минеральной геотермобарометрии и прецизионных изотопных датировок абсолютного возраста. Акцессорные минералы становятся все более важными компонентами петрологического анализа и все чаще используются в петрологических моделях геологических процессов. Интерес к ним обусловлен быстро развивающимися методами химического in situ (CHIME) и локального изотопного (SHRIMP) датирования метаморфических событий по минералам, которые могут содержать в определимых количествах Th, Pb и U. Картирование монацит-алланитовой и алланит-монацитовой изоград [Smith, Barreiro, 1990; Wing et al., 2003 и др.] показывает, что акцессорные редкоземельные (REE) минералы не остаются инертными при метаморфизме, а активно участвуют в прогрессивных метаморфических реакциях. Как широко распространенный акцессорный минерал метаморфических пород монацит является наиболее часто используемым минералом-геохронометром для датирования процессов метаморфизма, так как он характеризуется переменным составом, чутко реагирующим на изменение условий образования. В монаците сохраняется геохронологическая информация о его кристаллизации и росте в результате метаморфических реакций с другими акцессорными редкоземельными и породообразующими минералами. Поэтому он является идеальным геохронологическим сенсором метаморфических событий. В 1990-х годах был разработан метод химического элекгронно-зондового датирования U-Th-содержащих минералов (CHIME) [Suzuki et al., 1991], популярность которого продолжает расти. Большое число публикаций посвящено применению данного метода для определения возраста этих минералов из различных геологических объектов [Вотяков и др., 2010; Cocherie, Albarede, 2001 ; Dabi et al., 2005; Montel et al., 1996; Pyle et al., 2005; Rasmussen et al., 2011 ; Suzuki, Kato, 2008 и многие другие]. Техника электронно-зондового анализа постоянно совершенствуется и уже сейчас позволяет произвести измерение количеств Th, U и Pb в монаците с точностью, обеспечивающей получение прецизионных оценок возраста его кристаллизации [Williams et al., 2006, 2007 и другие].

Ввиду отсутствия вулканитов в строении воронцовской серии, возраст ее метаморфизма не может быть оценен изотопным методом по циркону, поэтому важной задачей является поиск иных подходов к оценке возраста, применимых в таких условиях. Как показано в данной работе, породы воронцовской серии содержат значительное количество редкоземельных минералов, в том числе монацита, имеющего метаморфический генезис. Поэтому представляется возможным впервые достоверно оценить возраст метаморфизма исследуемого объекта при помощи микрозондового датирования монацита методом CHIME.

Цель и задачи исследования. Целью исследования являлись обоснование тектонических и палеогеографических условий накопления мощных толщ терригенных отложений воронцовской серии в палеопротерозое, реконструкция фазовых равновесий акцессорных REE минералов и определение возраста метаморфизма по монациту методом CHIME.

з

В соответствии с этой целью при проведении исследования были определены следующие задачи: 1) установить возможные источники сноса на основе анализа распределения петрогенных окислов, редких и редкоземельных элементов в породах воронцовской серии; 2) изучить акцессорную редкоземельную минерализацию в метаосадках воронцовской серии из различных зон метаморфизма; 3) реконструировать фазовые равновесйя акцессорных минералов, содержащих в своем составе REE, при прогрессивном зональном метаморфизме пород воронцовской серии; 4) оценить возраст метаморфизма пород воронцовской серии с помощью химического микрозондового Th-U-Pb датирования акцессорных монацитов из разных зон метаморфизма.

Фактический материал и методика исследований. Объектом исследования явились зонально метаморфизованные метатерригенные породы воронцовской серии (восток Воронежского кристаллического массива). Материалы были собраны автором в течение 2009-2012 гг при выполнении научно-исследовательских работ, проводившихся по грантам Российского фонда фундаментальных исследований (проекты 09-05-00821-а, 10-05-02101-э_к, 11-05-10034-к), во время обучения в магистратуре и аспирантуре, при работе по контракту с Федеральным агентством по недропользованию - составлении карты метаморфизма докембрия территории России масштаба 1:5000000 (базовый проект 7.4-02/09)

В процессе выполнения работ задокументирован и изучен керн более 50 скважин, вскрывающих исследуемые породы, описано более 400 шлифов. Поиск и идентификация редкоземельных минералов в прозрачно-полированных шлифах производились в отраженных электронах на растровом электронном микроскопе Jeol 6380 LV с энергодисперсионным анализатором INCA 250 (ВГУ).

Изготовлены пробы и изучен химический состав более 100 образцов. Малые и редкие элементы определялись методом индукционно-связанной плазмы с масс-спектрометрическим окончанием анализа (ICP-MS) в Аналитическом сертификационном испытательном центре Института проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов (АСИЦ ИПТМРАН, г. Черноголовка). Анализ породообразующих элементов выполнен методом мокрой химии в лаборатории ВГУ, а также методом рентгенофлюоресцентной спектрометрии (XRF) на спектрометре последовательного действия Axios (ИГЕМ РАН, г. Москва).

Датирование метаморфизма Th-U-Pb методом производилось на микрозонде Сашеса SX 100 с пятью волновыми спектрометрами (ИГГ УРО РАН, г. Екатеринбург).

Расчет кристаллохимических коэффициентов в минералах производился при помощи программ MINFILE и PetroExplorer. Расчет возраста монацитов проводился с использованием модифицированной программы Isoplot 3.66 [Ludwig, 1999] в рамках двух альтернативных подходов: по единичным определениям содержаний U, Th, Pb в точке зерна минерала [Suzuki et al., 1991] и из Th/Pb-U/Pb псевдоизохроны [Cocherie, Albarede, 2001].

Научная новизна:

1. Показано широкое участие REE-минералов в метаморфических реакциях с увеличением температуры и давления.

2. Установлено существование изограды исчезновения бастнезита.

3. Определен возраст метаморфизма, близкий к возрасту внедрения коллизионных гранитов.

Практическая значимость результатов работы. Результаты исследования использовались при составлении карты метаморфизма докембрия территории России масштаба 1:5000000 по контракту с Федеральным агентством по недропользованию (базовый проект 7.4-02/09) и при выполнении научно-исследовательских работ, проводившихся по грантам Российского фонда фундаментальных исследований (проекты 09-05-00821-а, 10-05-02101-э_к, 11-05-10034-к).

Апробация результатов исследования. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференции «Новые горизонты в изучении процессов магмо- и рудообразованияЬ (Москва, 2010 г.), «V Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле» (Новосибирск, 2010 г.), «VI всероссийском литологическом совещании» (Казань, 2011 г.), а также на научных сессиях Воронежского государственного университета (2010-2012 гг.). Основное содержание диссертации отражено в 11 опубликованных работах (в том числе 6 в реферируемых журналах по перечню ВАК).

Объем н структура работы. Диссертация общим объемом 126 страниц состоит из введения, шести глав и заключения, включает 16 таблиц, 20 рисунков, 1 приложение («Составы монацитов из пород воронцовской серии») и список литературы из 118 наименований.

В первой главе рассмотрено геологическое строение и метаморфизм пород Воронцовской структуры.

Во второй главе приводится описание методики исследований.

В третьей главе описана петрогеохимия пород воронцовской серии: характер распределения петрогенных, редких, рассеянных и редкоземельных элементов. Сделаны выводы о специфике экзогенных преобразований и составе источников сноса, специфике условий осадконакопления, тектонической позиции Воронцовской структуры и о составе источников сноса первичных осадков, подвергшихся впоследствии зональному метаморфизму.

В четвертой главе рассматриваются особенности распространения, морфологии, состава и зональности акцессорных редкоземельных минералов, установленных в метаосадках воронцовской серии, и их взаимоотношения друг с другом и породообразующими минералами.

Пятая глава посвящена реконструкции фазовых равновесий редкоземельных минералов при прогрессивном метаморфизме, обоснованию существования изограды исчезновения бастнезита, моделированию реакций с участием редкоземельных минералов.

В шестой главе анализируются результаты химического микрозондового ТЬ-и-РЬ датирования монацитов из разных зон метаморфизма воронцовской серии; полученные датировки интепретируются в контексте эволюции восточной окраины Сарматии в палеопротерозое.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Распределение петрогенных, редких и редкоземельных элементов в палеопротерозойских метаосадках воронцовской серии показывает, что

седиментогенез исходных граувакково-глинистых отложений происходил в

тектонически активных обстановках со слабо проявленным химическим выветриванием широкого спектра пород - от кислых до основных.

2. Акцессорная редкоземельная минерализация в породах воронцовской серии представлена фосфатами (монацит, ксенотим, REE-апатит), фтор-карбонатами (бастнезит, синхизит) и силикатами (алланит, бритолит) редких земель. REE минералы находятся друг с другом и с породообразующими минералами как в равновесных, так и в реакционных отношениях, отражающих проградные метаморфические реакции.

3. Бастнезит является самым низкотемпературным из REE минералов и устойчив только в пределах зеленосланцевой фации. Его разложение на границе зеленосланцевой и эпндот-амфиболптовой фаций фиксирует изограду исчезновения бастнезита. Метаморфический монацит возникает в верхах зеленосланцевой фации (гранатовая зона), и его устойчивость последовательно расширяется в более высокотемпературную область вплоть до гранулнтовой фации.

4. Возраст зонального метаморфизма пород воронцовской серии, определенный методом Th-U-Pb химического датирования (CHIME) составляет: для ставролитовон зоны - 2039±26 млн. лет, для мусковит-силлиманитовой -2015±14 млн. лет, для силлиманит-калшипат-кордиеритовой - 2004±19 млн. лет, что предполагает субсинхронность регионального метаморфизма и внедрения коллизионных гранитов S-типа бобровского комплекса на рубеже около 2022 млн. лет.

Благодарности. Неоценимую помощь в работе оказали сотрудники ИГТ УРО РАН (г. Екатеринбург) В.В. Хилпер и академик C.JI. Вотяков (помощь в датировании монацитов); сотрудник ИГЕМ РАН (г. Москва) А.И. Якушев и зав. сектором ИПТМ РАН (г. Черноголовка) В.К. Карандашев (помощь в определении содержаний петрогенных окислов); ведущий инженер НИИ Геологии ВГУ A.B. Милаш (помощь в отборе образцов); сотрудники кафедры полезных ископаемых и недропользования С.М, Пилюгин (помощь в получении микрозондовых анализов), Е.Х. Кориш, И.П. Лебедев, JI.M. Ерохина (ценные консультации). Автор признателен чл.-корр. РАН A.B. Самсонову и научному сотруднику НИИ Геологии ВГУ В.Ю. Скрябину за предоставленные анализы образцов из Воронежской параметрической скважины. Всем перечисленным, а также своему научному руководителю профессору К.А. Савко и всему коллективу кафедры полезных ископаемых и недропользования в целом, автор выражает свою искреннюю признательность.

Объект исследования.

Воронцовская структура площадью более 100000 км2 занимает большую часть востока Воронежского кристаллического массива и сложена преимущественно слабо метаморфизованными песчано-сланцевыми отложениями воронцовской серии мощностью от 2-3 км до 6-8 км [Тарков, 1974]. Мощные толщи первично осадочных пород воронцовской серии были прорваны многочисленными интрузиями палеопротерозойского возраста различной формационной принадлежности

[Чернышев и др., 1990, 2001]. К востоку от Воронцовской структуры располагается Волго-Уральский коровый сегмент, образованный преимущественно неорхейскими гранулито-гнейсовыми ассоциациями [Бибикова и др., 2009]. (рис. 1).

55° 40- 45° 50°

Прикаспийская ападина

100 км

Рис. 1, Схематическая карта зоны сочленения Сарматин и Волго-Уралии (по [Бибикова и др., 2009], с изменениями). 1 - архейская кора; 2-6 - палсопротерозойскис структурно-вещественные комплексы: 2 -южноволжский комплекс глиноземистых гнейсов, включая рахмановский комплекс анатектических гранитов (Волго-Уралия), 3 - Терсинскии комплекс (Волго-Уралия); 4 - лосевский и усманский комплексы нерасчлененные, 5 - донская серия гнейсов и павловский гранигоидный комплекс. 6 - воронцовская серия, 7 - предполагаемая сутура (?) Сарматин и Волго-Уралии; 8 - главные зоны разломов; 9 - границы структурно-вешественных комплексов.

Зональный метаморфизм пород Воронцовской структуры изучен весьма детально в пределах Елань-Эртильского и Мамонско-Подколодновского участков (рис 2); были закартированы гранатовая (430-480° С), ставролитовая (490-520° С), ставролит-силлиманитовая (520-560° С), мусковит-силлиманиговая (560-600° С) и силлиманит-калишпат-кордиеритовая (600-750° С) зоны. Давления при метаморфизме изменяются от 3 кбар в гранатовой зоне до 5 кбар в силлиманит-калишпат-кордиеритовой.

В условиях гранатовой и большей части ставролитовой зоны в составе воронцовской серии уверенно выделяются метапесчаники и метапелиты. Для зон более высокотемпературного метаморфизма характерны кристаллические сланцы.

В пределах мусковит-силлиманитовой и силлиманит-калишпат-кордиеритовой зон широко развиты гнейсы, которые в результате перекристаллизации полностью утрачивают признаки первично осадочных текстур. Редко встречаются известково-силикатные метаосадки в виде прослоев мощностью до 30 см.

Обоснование защищаемых положений.

Первое защищаемое положение. Распределение петрогениых, редких и редкоземельных элементов в палеопротерозойских метаосадках воронцовской серии показывает, что седиментогенез исходных граувакково-глинистых отложений происходил в тектонически активных обстановках со слабо проявленным химическим выветриванием широкого спектра пород - от кислых до основных.

Для решения вопросов о первичной природе метаосадков воронцовкой серии необходимо определить специфику состава источников сноса, их экзогенных преобразований и условий осадконакопления. Эта задача решается при помощи петро-и геохимических методов, поскольку терригенные алюмосиликакластические осадочно-метаморфические породы могут наследовать распределение ряда элементов.

Петрохимические особенности метаосадков воронцовской серии проанализированы на основе более 100 полных химических анализов метапесчаников, сланцев и гнейсов. Известково-силикатные породы не рассматривались из-за сложностей интерпретации результатов. Метаспесчаники и сланцы рассматриваются отдельно, так как они отличаются по условиям осадконакопления, что накладывает отпечаток на минеральный и химический состав этих двух типов метаосадков. Конечно, нельзя избежать некоторого «огрубления» результатов из-за присутствия промежуточных разностей, например, метаалевролитов, которые при перекристаллизации превращаются в сланцы, или высокометаморфизованных терригенных пород, преобразованных в гнейсы и кристаллические сланцы, где их первичную природу петрографически установить невозможно.

Метапесчаники воронцовской серии характеризуются умеренными содержаниями БЮ2 (63.03-84.21 %, среднее 70.1 %) и А1203 (7.08-14,87 %, среднее 12.9 %) и отношениями 5Ю2/А1203 - 4.5-11.9 (среднее 5.6). Отношения К20/Ыа20 низкие - 0.23-2.07, среднее 0.75. Несколько повышенная глиноземистость и натровость метапесчаников обусловлена присутствием заметного количества кислого плагиоклаза, присутствующего как в виде обломков, так и в мелкозернистом перекристаллизованном цементе, невысоким содержанием слюд и почти полным отсутствием в обломках калиевого полевого шпата.

Сланцы по сравнению с метапечаниками отличаются меньшими содержаниями БЮ2 (43.3-67.6 %, среднее 60.3 %) и более высокими А1203 (12.4-24.0 %, среднее 17.0 %) с низкими значениями соотношения 8Ю2/А1203 - 1.8-5.2 (среднее 3.7). Кроме того, концентрации других петрогенных окислов, кроме СаО, Ыа20 и Р205 также выше в сланцах, чем в метапесчаниках. Если в метапесчаниках, в целом, натрий преобладает над калием, то в сланцах противоположная картина: К20/Иа20 -1.65.

Суммарное содержание REE изменяется в метапесчаниках воронцовской серии от 97 до 134 г/т, в среднем 119 г/т, из которых почти 107 г/т приходится на легкие REE (LREE). В сланцах разброс значений концетраций REE (109-260 г/т) выше, чем в метапесчаниках, выше и суммарное их содержание (150 г/т), но отношение (LREE/HREE)n такое же.

REE неодинаково распределены в породообразующих слюдах и гранате. Содержания REE в биотитах и мусковитах из ставролитовой, ставролит-силлиманитовой и мусковит-силлиманитовой зон в целом ниже, чем в породах за счет уменьшения в слюдах количества LREE при сходном уровне HREE. Гранат содержит значительные примеси иттрия (562 г/т), циркония (903 г/т), HREE (219 г/т). Таким образом, концентраторами LREE в породах воронцовской серии являются редкоземельные минералы, а концентраторами HREE - гранат, а также ксенотим (фосфат Y и HREE).

Для определения специфики экзогенных преобразований источников сноса пород воронцовской серии были использованы такие широко применяемые петрохимические отношения, как индекс химического выветривания пород CIA = 100XA1,03/(A1,03+Ca0+Na20+K10) (молекулярные количества) [Nesbitt, Young, 1982; Visser, Young, 1990], индекс зрелости осадков ICV = (Fe203+Na,0+K20+Mg0+Ca0+Ti02)/Al203 (молекулярные количества) [Сох et al., 1995], калиевый модуль К_,0/А1203, натриевый модуль Na20/Al203.

Индекс CIA характеризует степень выветривания осадочных пород. В метапесчаниках воронцовской серии значения CIA попадают в достаточно узкий интервал 47.09-59.31 (среднее 52.07), что свидетельствует о невысокой степени выветривания пород в источнике сноса. Для сланцев индекс С1Д изменяется в более широких пределах: от 44.73 до 70.27, составляя в среднем 59.60, что свидетельствует, по-видимому, о нескольких источниках сноса и об их большей удаленности, причем большая часть осадков характеризовалась умеренным химическим выветриванием пород.

Индекс зрелости осадков ICV для метапесчаников воронцовской серии изменяется в широких пределах от 1.21 до 1.96 (в среднем 1.56). Еще более широкий интервал (0.90-2.15, среднее 1.43) отмечается в сланцах воронцовской серии, подтверждая предположение о нескольких источниках сноса и то, что поступавший терригенный материал мог иметь различную степень зрелости. В целом, значение ICV более 1.0 говорит о незрелости осадков, что характерно для тектонически активных обстановок [Van de Kamp, Leake, 1985].

Повышенные содержания подвижных элементов (Mg, Ca, Na, Sr) и пониженные - малоподвижных (Zr, Hf, Sc) относительно состава постархейских сланцев являются результатом невысокого индекса химического выветривания CIA. Такие геохимические характеристики отвечают образованию осадков в тектонически активных обстановках со слабо проявленным химическим выветриванием пород разнообразного состава: от кислых до основных.

Низкие значения отношения К20/А1203 (для метапесчаников: 0.07-0.24, среднее - 0.15; .для сланцев - 0.11-0.28, среднее 0.20) предполагает, что протолитами

сланцев и метапесчаников воронцовской серии были не только кислые породы гранитного состава.

Содержания REE в породах воронцовской серии несколько ниже, чем для осадков, образовавшихся в результате размыва пород исключительно кислого состава. Это свидетельствует, по-видимому, о сносе вещества из источника, имеющего смешанный состав. Повышенные содержания MgO, Cr, Ni и Со в сланцах воронцовской серии являются индикатором присутствия в них составляющей основного состава.

Смешанный состав источника сноса подтверждается также значениями таких отношений, как Eu/Eu*, Cr/Th, Th/Co, Th/Sc, La/Co, La/Se и Th/U, которые свидетельствуют о присутствии как кислых, так и основных пород в протолите.

Для слабо метаморфизованных песчаников гранатовой зоны иногда характерна плохая сортированность обломков, невысокая степень зрелости, отсутствие хемогенных сульфатных осадков, что свидетельствует о достаточно быстром осадконакоплении песчаниковых толщ за счет проксимального источника. При формировании глинистых осадков воронцовской серии были задействованы более удаленные (дистальные) источники сноса.

Значения химических модулей Мо/Мп [Гаврилов и др., 2002; Холодов, Недоумов, 1991] (тысячные доли) и V/(V+Ni) [Hatch, Leventhal, 1992; Lewan, 1984] (0.59-0.75) в породах воронцовской серии свидетельствуют об отсутствии сероводородного заражения и выраженных редокс-условий при осадконакоплении.

Отложения активных континентальных окраин характеризуются умеренным количеством REE, некоторым обогащением LREE, отрицательными европиевыми аномалиями с большим разбросом значений (Eu/Eu* = 0.6-1.0) [McLennan, 1989]. Именно такие характеристики присущи метаморфизованным отложениям воронцовской серии.

Среднее значение отношения Th/U, не превышающее 3.0, вместе со значениями отрицательной европиевой аномалии и отношения Th/Sc = 0.3-0.9 свидетельствует, что большая часть терригенного материала поступала из островных дуг [Girty et al., 1996; McLennan et al., 1993]. Соотношения Co, Th, Zr, La и Se в породах воронцовской серии свидетельствуют об образовании пород за счет разрушения континентальных островных дуг [Bhatia, Crook, 1986]. В метаосадках воронцовской серии отношение (La/Yb)n составляет 7.33-15.61, что может свидетельствовать об их формировании за счет размыва магматических пород с фракционированными спектрами REE, что характерно для зрелых островных дуг.

Четыре образца метаосадков воронцовской серии, включая метапелит и три метапесчаника, показывают широкий интервал вариаций модельных возрастов TDM (Nd) от 2.12 до 2.85 млрд. лет и изотопного состава неодима (Nd от +5.2 до -5.3), пересчитанного на возраст метаморфизма пород [Щипанский и др., 2007]. Это указывает на то, что формирование осадков воронцовской серии происходило за счет разрушения как архейских, так и ювенильных палеопротерозойских источников сноса.

Имеющиеся геологические, изотопно-геохимические и геохронологические данные [Бибикова и др., 2009; Савко и др., 2011; Щипанский и др., 2007] позволяют предложить следующие ограничения на возможные источники сноса для осадков

воронцовской серии: 1) возраст не менее 2100 и не более 2400 млн. лет, локально до 2800 млн. лет; 2) преобладание в области размыва алюмосиликатных пород смешанного - кислого, среднего и основного - состава.

В западной части региона таким ограничениям соответствуют только вулканиты лосевской серии, однако, по химическому составу они резко контрастируют с преимущественно алюмосиликатными породами воронцовской серии. Кроме того, для заполнения осадками Воронцовской структуры длиной не менее 700 км, шириной 200-300 км и мощностью 6-8 км необходимо было разрушение огромного массив;, палеопротерозойских пород с преобладанием алюмосиликатных разностей, признаков которого к западу от нее не наблюдается.

Мегаблок КМА в палеопротерозое был изолирован от «воронцовского бассейна» горными цепями, сложенными преимущественно вулканитами лосевской серии.

Породные комплексы на восточной границе распространения метаосадков воронцовской серии представлены высокоглиноземистыми гранулитами южноволжского комплекса с продуктами анатектического плавления - гранитами с кордиеритом и гранатом рахмановского комплекса и основными метавулканитами и гранитами Терсинского мегакомплекса [Бибикова и др., 2009]. Sm-Nd изотопные даты 2100-2400 млн. лет для гранитоидов и гнейсов южноволжского комплекса [Бибикова и др., 2009] позволяют рассматривать их в качестве предполагаемого протолита для пород воронцовской серии.

Таким образом, распределение петрогенных, редких, рассеянных и редкоземельных элементов в метаосадках воронцовской серии свидетельствует о том, что осадконакопление происходило в тектонически активных обстановках со слабо проявленным химическим выветриванием, а источники сноса имели контрастный состав - от кислых до основных.

Породы воронцовской серии содержат заметные количества REE (в среднем 119 г/т в метапесчаниках и 150 г/т в сланцах), что позволяет предположить присутствие в этих породах самостоятельных редкоземельных минеральных фаз. Это подтверждается также тем фактом, что содержание REE в силикатных минералах из пород воронцовской серии значительно ниже, чем в самих породах.

Второе защищаемое положение. Акцессорная редкоземельная минерализация в породах воронцовской серии представлена фосфатами (монацит, ксенотим, REE-апатит), фтор-карбонатамп (бастнезит, синхизит) и силикатами (алланит, бритолит) редких земель. REE минералы находятся друг с другом н с породообразующими минералами как в равновесных, так и в реакционных отношениях, отражающих проградные метаморфические реакции.

Наиболее распространенным низкотемпературным REE-минералом в породах воронцовской серии является бастнезит, который встречается только в гранатовой зоне. Синхизит также встречается только в гранатовой зоне; алланит, бритолит и редкоземельный апатит - в гранатовой и ставролитовой, а ксенотим и монацит присутствуют во всех зонах метаморфизма.

Бастнезит - фтор-карбонат LREE с эмпирической формулой [(Ce,La)(C03)F] является достаточно распространенным минералом только в гранатовой зоне метаморфизма и в более высокотемпературных зонах не встречается. Установлено ива морфологических типа бастнезита. В матриксе этот минерал представлен удлиненными призматическими кристаллами различного размера от 10 до 100 мкм (рис. 2 а), причем крупные зерна могут иметь зональное строение. Второй морфологический тип представлен мелкими игольчатыми розетковидными выделениями размером 10-20 мкм, развивающимися по хлориту, биотиту и плагиоклазу (рис. 2 б).

Оба морфологических типа бастнезита имеют сходный состав, характеризующийся преобладанием церия (24-33 мае. % Се203), содержание которого приблизительно в два раза выше лантана и неодима (по 8-16 мае. % La,О, и Nd203). Из других REE в заметных количествах присутствует празеодим (1-4 мае. % Рг203), иттрий (до 5.3 мае. % Y203). Содержание тория в бастнезитах не превышает 2 мае. % ThO,, а в некоторых зернах он не установлен.

Рис. 2. REE минералы из метаморфических пород воронцовской серии: а) бастнезит в контакте с апатитом в матриксе (обр. 8617/404, гранатовая зона); б) бастнезит развивается по биотиту, а монацит по бастнезяту (обр. 8200/209, гранатовая зона); в) бритолит в силикатной матрице (обр. 7005/603, гранатовая зона); г) алланит в контакте с монацитом и апатитом (обр. 8712/304, ставролитовая зона); д) ксенотим в силикатной матрице кристаллического сланца (обр. 8053/275, ставролит-еиллиманитовая зона); е) крупный монацит в графитовом гнейсе (обр. 4н/170, силли.чанит-калишпат-кордиеритовая зона); ж) выделения монацита в апатит-бритолите (обр. 8062/380, гранатовая зона); з) монацит развивается в центральной части крупного зерна хлорита (обр. 8601/425); и) тонкие ламели монацита в апатите, ориентированные по спайности (обр. 8062/380).

Количество кальция колеблется в широких пределах от 0.7 до почти 9 мае.

%.

Вместе с бастнезитом установлен еннхнзит [Ca(Ce,La,Nd)(C03),F] -кальциевый изоморфный член ряда бастнезит-синхизит в виде мелких зерен размером не более 20 мкм. Синхизит отличается от бастнезита более высокими содержаниями кальция (10-16 мае. % СаО) и, соответственно, более низкими - церия (22-27 мае. % Се2Оэ) и лантана (8.5-14.3 мае. % La203). Отдельные кристаллы могут иметь зональное строение, когда центральная часть представлена бастнезитсм, а краевые зоны -синхизитом.

Алланит [CaREEAl2Fe2+Si3OnO(OH)], REE силикат группы эпидота, был установлен в одном образце из гранатовой и двух образцах и ставролитовой зоны метаморфизма. В гранатовой зоне (обр. 8327/366) алланит встречен в виде мелких зерен размером до 10 мкм, как самостоятельных, так и находящихся в реакционных взаимоотношениях с силикатными минералами. В ставролитовой зоне алланит представлен удлиненным зерном (15 мкм по длинной оси) в контакте с монацитом (обр. 8712/304) (рис. 2 г), а также мелкими (до 5 мкм) зернами в ассоциации с крупными кристаллами монацита и REE содержащим апатитом (обр. 8010/287). Преобладающим REE элементом является церий (2.20-13.18 % Се203), также присутствуют лантан (1.27-5.64 % La,03) и неодим (1.21-4.94 % Nd203), причем в «реакционных» зернах из образца 8327/66 и мелких зернах из образца 8010/287 содержания REE в 2-4 раза меньше, чем в самостоятельных зернах из образца 8327/ 366 и удлиненном зерне из образца 8712/4. Алланиты содержат значительную примесь тория: 2.42-6.09 % Th02 в «реакционных» зернах из образца 8327/66 и 0.32-2.26 % ThO, во всех остальных алланитах, кроме мелких зерен из образца 8010/287, в которых примесь тория отсутствует.

Монацит [(LREE)POJ является наиболее распространенным акцессорным REE минералом в породах воронцовской серии и встречен в большинстве образцов, содержащих REE минерализацию. Тем не менее, в ряде образцов из наиболее низкотемпературных пород (гранатовая зона) монацит отсутствует, а если присутствует, то в ассоциации с бастнезитом или в реакционных взаимоотношениях с апатитом, хлоритом и биотитом. Начиная со ставролитовой зоны, монацит встречается во всех образцах, содержащих REE минерализацию. В гранатовой и ставролитовой зонах монациты представлены мелкими (до 20 мкм) незональными зернами. В более высокотемпературных породах монацит крупнее и может достигать 100-150 мкм в поперечнике (рис. 2 е).

Реакционные структуры с участием REE минералов получили широкое распространение в гранатовой зоне и в меньшей степени - в ставролитовой. Монацит и алланит встречаются вместе только в двух образцах из ставролитовой зоны, причем в тесной ассоциации с апатитом. Иногда монацит отмечается в непосредственном контакте с бастнезитом в присутствии апатита, встречаются также очень мелкие выделения монацита в бастнезите (рис. 2 б). Разнообразны взаимоотношения монацита с другими акцессорными минералами: в гранатовой зоне это выделения неправильной формы монацита в зерне минерала, имеющего переходный состав от бритолита к апатиту (рис. 2 ж); мельчайшие, ориентированные по спайности, ламели

монацита в апатите (рис. 2 и), каймы по пириту. В ставролитовой зоне отмечены каймы монацита по апатиту. В ряде образцов из гранатовой зоны монацит в виде многочисленных мелких зерен развивается по крупным кристаллам хлорита и биотита вместе с бастнезитом (рис. 2 б, з).

Химические составы монацитов из различных зон метаморфизма практически не отличаются друг от друга. Среди REE преобладает церий (25-36 мае. % Се2Оэ), в значительных количествах содержатся лантан, неодим (в среднем приблизительно 11-14 мае. % La203 и Nd203) и празеодим (2-5 мае. % Рг2Оэ). Из тяжелых редких земель (HREE) присутствуют самарий и гадолиний (до 4 мае. % Sm20, и GdjOj), а также европий (до 3 мае. % Eu303). Кроме REE, монациты содержат торий, уран и свинец (в среднем около 4 мае. % ТЮ2 и около 1.5 мае. % РЬО и U03), а также незначительные примеси кальция и кремния. Характерно, что содержание СаО в монацитах из гранатовой зоны (1.29 мае. %) заметно выше, чем в более высокотемпературных кристаллах (0.73-0.91 мае. %), а содержание Si02 закономерно понижается с ростом температуры метаморфизма от 1.07 до 0.35 мае. %. Содержание фосфора практически соответствует идеальной кристаллохимической формуле. Интересно, что в монаците из разных зон метаморфизма может присутствовать примесь фтора до 3 мае. %.

Ксенотим [YPOJ - фосфат иттрия и HREE, встречен во всех зонах метаморфизма и представлен единичными зернами размером от 10 до 200 мкм, округлой и удлиненной формы (рис. 2 д). Ксенотим характеризуется незначительным содержанием кремния (1-4.4 мае. % Si02), изоморфно замещающего фосфор, и дефицитом иттрия (около 0.8 формульных единиц), который замещается HREE, составляющими в сумме около 14-22 мае. %. Также присутствуют кальций (до 3 мае. % СаО), уран (до 1.5 мае. U02), торий (до 1.5 мае. % ТЮ2) и свинец (до 1.5 мае. % РЬО). Различий в химическом составе между ксенотимами из разных зон метаморфизма не установлено, но в более высокотемпературных зонах зерна, как правило, крупнее и имеют более ровные границы.

Бритолит (REE, Ca)5[(Si, P)OJ3(OH, F), где Si > P, - весьма редкий минерал, член изоморфной серии с апатитом, характеризующийся замещением Р5+ + Са2+ = (Y + REE3+) + Si4+, в породах воронцовской серии встречен в одном образце из гранатовой и двух образцах из ставролитовой зоны. Он представлен зернами различной формы, самое крупное из которых имеет удлиненную форму и размеры от 80 до 170 мкм (рис. 2 в). Из REE преобладает церий (23.6-27.9 мае. % Се2Оэ), также присутствуют неодим (12.8-16.0 мае. % Nd203) и лантан (9.7-15.1 мае. % La203), отмечается некоторая примесь иттрия (0.6-2.3 мае. % Y203). В бритолите почти отсутствует фосфор и отмечается недосыщенность кальцием. По содержанию фтора крупное зерно бритолита неоднородно, его содержание меняется от 1.17 до 1.42 мае. %, и в нескольких точках формально отвечает по составу фтор-бритолиту, где F > ОН [Gu et al., 1994; Pasero et al., 2010], однако, превышение это небольшое, поэтому изученный минерал правильнее отнести к высокофтористому бритолиту с дефицитом кальция.

Апатит (Ca,REE)5[P04]3(F,0H) в породах воронцовской серии встречается как в виде отдельных зерен в матриксе, так и принимает участие в реакционных структурах вместе с монацитом, алланитом и бастнезитом в гранатовой и

ставролитовой зонах (рис. 2 г). Апатиты, участвующие в реакционных структурах, содержат, как правило, примесь REE, которая может достигать 13.5 мае. %. Отдельные зерна в матриксе чаще всего не содержат REE. Все апатиты являются фтор-апатитами.

В образце 8062/380 встречены зерна, содержащие в себе выделения монацита (рис. 2 ж) и характеризующиеся пониженным по сравнению с апатитом содержанием кальция и фосфора, повышенным содержанием кремния и незначительной примесью REE. По всей видимости, данный минерал изначально представлял собой промежуточный член изоморфного ряда - апатит-бритолит [Budzyn et al., 2011], при разложении которого образовался монацит.

Изучение минерального состава пород воронцовской серии показало широкое присутствие в них таких редкоземельных минералов, как бастнезит, еинхизит, монацит, алланит, ксенотим, бритолит, REE апатит. Эти минералы образуют не только самостоятельные индивиды, но и находятся в реакционных взаимоотношениях друг с другом и с породообразующими силикатами. Таким образом, REE минералы в породах воронцовской серии не оставались инертными, а активно участвовали в метаморфических реакциях.

Третье защищаемое положение. Бастнезнт является самым низкотемпературным из REE минералов и устойчив только в пределах зеленосланцевой фации. Его разложение на границе зеленосланцевой и эпидот-амфиболнтовой фаций фиксирует нзограду исчезновения бастнезита. Метаморфический монацит возникает в верхах зеленосланцевой фации (гранатовая зона), и его устойчивость последовательно расширяется в более высокотемпературную область вплоть до гранулитовой фации.

Существует две точки зрения на реакции роста и разложения REE минералов при метаморфизме:

1) образование и разложение редкоземельных фаз при метаморфизме происходит без участия породообразующих алюмосиликатов, практически не содержащих редкоземельных элементов [Corrie, Kohn, 2008; Wing et al., 2003];

2) REE-минералы (главным образом, монацит и ксенотим) образуются как побочные продукты реакций с участием алюмосиликатов при высвобождении REE-элементов, содержащихся в них на уровне десятков ppm [Kohn, Malloy, 2004; Spear, Pyle, 2002].

В породах воронцовской серии бастнезит встречается только в пределах гранатовой зоны, где имеет достаточно широкое распространение. Это свидетельствует о том, что он образовался при метаморфизме пород воронцовской серии, а не является наложенным - в противном случае мы должны были бы наблюдать бастнезит и в других, более высокотемпературных, зонах метаморфизма. В большинстве случаев бастнезит находится в реакционных взаимоотношениях с монацитом и слоистыми силикатами (биотитом и хлоритом) (рис. 2 б). Он образуется за счет перекристаллизации диагенетического бастнезита или монацита при метаморфизме зеленосланцевой фации, но возможен и другой механизм. Развитие бастнезита по хлориту, реже по биотиту и плагиоклазу в виде мелких игольчатых и розетковидных кристаллов могло происходить за счет частичного разложения силикатов, содержащих REE на уровне десятков и сотен ppm [Савко и др., 2010; Kohn, Malloy, 2004; Lanzirotti, Hanson, 1996].

С увеличением температуры бастнезит начинает разлагаться с образованием монацита, и с переходом к ставролитовой зоне он полностью исчезает. Выделения монацита в бастнезите обоих морфологических типов (призматические и мелкие игольчатые, розетковидные кристаллы) и тесная ассоциация бастнезита, монацита и апатита (рис. 4.2 а) свидетельствует о его образовании в результате реакции:

Bst + Ар => Mnz + Са2+ (в силикатах) + флюид (HF, С02, Н20) (1).

Таким образом, реакция (1) является изоградой исчезновения бастнезита (Bst-out) и по температуре приблизительно соответствует изограде появления ставролита.

Монацит присутствует во всех образцах, где установлены REE минералы в средне- и высокотемпературных зонах метаморфизма, и только в гранатовой зоне он установлен примерно в половине образцов. Это означает, что метаморфический монацит начал кристаллизоваться в гранатовой зоне, и его устойчивость расширяется в более высокотемпературную область (от ставролит-силлиманитовой до силлиманит-калишпат-кордиеритовой зоны).

Предложено несколько способов образования монацита: в результате перекристаллизации детритового монацита [Rasmussen, Muhling, 2009: Wing et al., 2003] и метаморфических реакций в зеленосланцевой фации [Савко и др., 2010; Wing et al., 2003], при появлении ставролита [Smith, Barreiro, 1990] и алюмосиликатов [Wing et al., 2003]. В качестве источника легких редких земель для образования монацита при метаморфизме выступают алланит [Smith, Barreiro, 1990; Wing et al., 2003], бастнезит и апатит [Савко и др., 2010] или породообразующие силикаты (плагиоклаз, слюды, хлорит), которые могут содержать достаточно LREE и фосфора для роста монацита [Corrie, Kohn, 2008; Kohn, Malloy, 2004].

Кроме реакции (1), образование монацита в сланцах воронцовской серии могло происходить при частичном разложении хлорита, распаде алланита и за счет REE содержащего апатита. В метапелитах гранатовой зоны метаморфизма встречены очень необычные взаимоотношения монацита и хлорита. Монацит развивается по краям и в центральных частях зерен хлорита в виде мелких кристаллов («монацитовая сыпь» (рис. 2 з)). Возможно, как и в случае с бастнезитом, монацит кристаллизуется за счет частичного разложения хлорита, содержавшего примесь REE.

Реакционные взаимоотношения апатита и монацита: каймы монацита по апатиту, тонкие ламели монацита в апатите, предполагают, что монацит в гранатовой и ставролитовой зонах кристаллизовался непосредственно из обогащенного REE апатита по схеме:

aPlree => Ар + Mnz + флюид (HF, Н20) (2),

Это подтверждается тем, что многие апатиты в гранатовой и ставролитовой зонах содержат примеси REE (до 13,5 мае. %). Кроме того, присутствие в части монацитов фтора свидетельствует о том, что они развивались за счет бастнезита и/ или апатита. Выделения монацита в зерне апатит-бритолита (рис. 2 ж), по-видимому, являются результатом аналогичной реакции, где разложению подвергался не обогащенный REE апатит, aero изоморфная смесь с бритолитом. В пользу образования метаморфического монацита за счет разлагающихся бастнезита и REE содержащего апатита свидетельствуют также более высокие содержания примеси СаО в монацитах

из гранатовой зоны (1.29 мае. % СаО) по сравнению с более высокотемпературными монацитами (0.73 - 0.91 мае % СаО).

С ростом температуры метаморфизма увеличивается размер зерен монацита от 10-20 мкм в гранатовой зоне до 200 мкм в силлиманит-калишпат-кордиеритовой (рис. 2 е).

Хотя наиболее распространенной реакцией появления монацита при метаморфизме считается высокотемпературное замещение им алланита в эпидот-амфиболитовой фации [Janots et al., 2008, 2009; Spear, 2010; Tomkins, Pattison, 2007; Wing et al., 2006], алланит встречен только в двух образцах из ставролитовой зоны и одном образце из гранатовой зоны. Присутствие фосфора в алланите может свидетельствовать о том, что он образовался за счет разложения детритового монацита, как это описано в ряде публикаций [Janots et al., 2008; Wing et al., 2003 и др.]. Алланиты ставролитовой зоны представлены мелкими зернами (реликтами) в тесной ассоциации с апатитом и замещаемыми монацитом. Несколькими авторами предложен ряд реакций перехода Ain => Mnz, по-разному учитывающих баланс компонентов [Janots et al., 2008; Tomkins, Pattison, 2007; Wing et al., 2003], но в общем виде эта реакция выглядит как:

Ain + Ар => Mnz + Са2+, Fe2+, А13+ (в силикатах) + флюид (HF, НгО) (3).

О протекании этой реакции свидетельствует, во-первых, резкое уменьшение (почти в три раза) содержаний LREE в разлагающихся алланитах, а во-вторых - тот факт, что содержание примеси Si02 в монацитах закономерно снижается с ростом температуры метаморфизма. Недавно была показана зависимость температуры перехода Ain => Mnz от давления и валовых содержаний СаО и А1,03 в породе [Spear, 2010]. Для метаосадков воронцовской серии эта температура соответствует ставролитовой зоне, в которой и были обнаружены реакционные взаимоотношения алланита с монацитом. В более высокотемпературных зонах алланит не встречается.

Еще один REE фосфат - ксенотим распространен во всех зонах метаморфизма, причем, как и в случае с монацитом, размер зерен увеличивается с ростом температуры. Отношения ксенотима с другими минералами в породах воронцовской серии не изучены в той степени, когда можно делать выводы о реакциях его образования или разложения. Известно, что при температурах, превышающих условия низов амфиболитовой фации, детритовый ксенотим в породах не сохраняется и подвергается перекристаллизации [Rasmussen et al., 2011]. Можно полагать, что ксенотим, аналогично монациту, кристаллизуется и растет при метаморфизме, и интервал его стабильности расширяется в сторону возрастания температуры. Это подтверждается увеличением размера и количества кристаллов в более высокотемпературных зонах, хотя монацит является более характерным минералом метапелитов, чем ксенотим. В качестве источников HREE, Р и Y для образования метаморфического ксенотима могут выступать детритовый ксенотим, REE-содержащий апатит, реже - детритовый монацит [Rasmussen et al., 2011]. Кроме того, известно, что в метапелитах фазовые равновесия ксенотима тесно связаны с реакциями роста и разложения граната, который может концентрировать иттрий и HREE в значительных количествах и даже обнаруживать по ним зональность [например, Spear, Pyle, 2002, 2010].

Таким образом, показано, что самым низкотемпературным REE минералом в породах воронцовской серии является бастнезит, устойчивы й только в гранатовой зоне и разлагающийся при переходе от зеленослаш/евой к эпидот-амфиболитовой фации. Монацит в породах еоронцовской серии имеет метаморфическое происхождение и, следовательно, может быть использован для датирования возраста метаморфических событий.

Четвертое защищаемое положение. Возраст зонального метаморфизма пород еоронцовской серии, определенный методом Th-U-Pb химического датирования (CHIME) составляет: для ставролитовой зоны - 2039±26 млн. лет, для мусковнт-силлиманнтовой - 2015±14 млн. лет, для снллнманит-калишпат-кордиеритовой - 2004±19 млн. лег, что предполагает субсинхронность регионального метаморфизма и внедрения коллизионных гранитов S-типа бобровского комплекса на рубеже около 2022 млн. лет.

U-Pb датировки, полученные изотопным методом по акцессорным цирконам из кристаллических сланцев еоронцовской серии, составили 2104±4 млн. лет [Бибикова и др., 2009]. Таким образом, по этим данным процессы метаморфизма в Воронцовской структуре предшествовали активному коллизионному магматизму и складчатости, что противоречит известным геодинамическим моделям [Хаин, Ломизе, 2005]. Для решения этой проблемы была предпринята попытка оценить возраст метаморфизма пород воронцовской серии по монациту, который, как было показано выше, в породах воронцовской серии имеет метаморфический генезис.

Известно, что перекристаллизация минерала при метасоматизме, его растворение-осаждение могут приводить к нарушению замкнутости Th-U-Pb-системы [например, Gu et al., 1994; Hatch, Leventhal, 1992], что ограничивает возможности использования монацита в датировании. В качестве показателя замкнутости системы был предложен параметр в = (Ca + Si)/(Th + U + Pb + S) [Вотяков и др., 2011 ; Spear, Pyle, 2002], который характеризует степень зарядовой компенсации гетеровалентных примесей тория, урана и серы, входящих в минерал по хаттонитовому и чералитовому типам изоморфизма. При близости в к 1 Th-U-Pb-система минерала считается замкнутой. В проанализированных монацитах присутствие серы не зафиксировано, и параметр аблизок к 1, хотя имеется некоторый избыток ионов (Si + Ca) над (Th + U + Pb). Однако представляется, что это является следствием вхождения Si и Ca по другим схемам, в частности, при замещении ортофосфорной группировки кремнекислородной с компенсацией заряда ионами фтора - PO/" => Si032"+F" [Williams et al., 2007]. Это предположение подтверждается постоянным присутствием в монаците значительного (0.22-0.33 мае. %) количества фтора.

Наиболее низкотемпературные монациты были изучены в сланцах ставролитовой зоны метаморфизма (обр. 8307/358). До изограды ставролита главным редкоземельным минералом является бастнезит, а монациты встречаются редко и имеют очень небольшие размеры до 5-10 мкм [Савко, Базиков, 2011]. Монацит, выбранный для датирования, представлен удлиненным зерном неправильной формы размером около 20 мкм по длинной оси и шириной 5-10 мкм в ассоциации с биотитом и кварцем. Его количественный анализ был сделан в 10 точках. По составу зерно

незонально. Содержания примесей ТЮ,, 1ГО, и РЬО невысокие (0.56-0.95; 0.58-0.79 и 0.28-0.34 мае. %, соответственно), но вполне достаточные для расчета значений возраста кристаллизации монацита. По определению содержаний и, ТЬ, РЬ в 10 точках были выполнены расчеты возраста монацита по методу Ж.-М. Монтеля с соавторами [Мот^е! е! а1., 1996], получены значения в интервале от 2005 до 2088 млн. лет, средневзвешенное значение - 2037±50 млн. лет, СКВО = 0.096 (рис. 3). При расчете средневзвешенного значения возраста по усовершенствованной методике [СосЬепе, АШагеёе, 2001] с помощью ТИ/РЬ-и/РЬ-диаграммы были получены близкие средневзвешенные оценки - 2039.5±26 млн. лег, СКВО = 0.38 (рис. 3).

8307/358

2200 2150 2100 2050 2000 1950 1900 Ь

Т. млн.лет

= 2037 ±50 млн.лет СКВО = 0,096

123456789 10 Номер точки на зёрнах

ТЬ/РЬ

Т. млн.лет

8703/322

1860

0 2 4 6 8 10 12 14 16 Номер точки на зернах

Хор = 1,25 УС1> = 6,52

2110

2060

Рис. 3. Вариации значений возрастов монацитов из ставролитовой и мусковит-силлиманитовой зон, рассчитанных по единичным точкам, и величина средневзвешенного возраста по [МоШс! й а1., 1996] и по графикам ТИ/РЬ-ЮТЬ [СосЬепе, А1Ьагес1с, 2001].

В мусковит-силлиманитовой зоне для датирования был выбран гранат-силлиманит-биотит-мусковитовый гнейс (обр. 8703/322). Выбранное для определения возраста зерно имеет удлиненную форму и размеры 15x40 мкм в тесной ассоциации с биотитом, кварцем и калиевым полевым шпатом. Для определения возраста по соотношениям и, ТЬ и РЬ зерно было проанализировано в 17 точках. Содержания тория обнаруживают широкий интервал значений (1.92-4.16 мае. % ТЮ,), но какая-либо закономерность в его распределении по зерну отсутствует. Сами концентрации ТЮ2 в 2-4 раза выше, чем в монаците из ставролитовой зоны. Содержания 1Ю2 и РЬО значительно ниже, чем ТЮ2 (0.36-0.67 и 0.32-0.58 мае. %) и также не обнаруживают закономерного распределения. По точечным определениям содержаний и, ТЬ, РЬ в 17 точках выполнены расчеты возраста монацита и получены значения в интервале от 1970 до 2069 млн. лет, средневзвешенное значение 2013±43 млн. лет, СКВО = 0.073 (рис. 3). При расчете значений возраста с помощью ТЬ/РЬ-ШРЬ-диаграммы получены близкие средневзвешенные оценки - 2014.9±14 млн. лет, СКВО = 0.30 (рис. 3).

В наиболее высокотемпературной силлиманит-калишпат-кордиеритовой зоне было выполнено датирование двух образцов гранат-силлиманит-кордиеритовых гнейсов - 700-а/599 и 279-а/480,9. В образце 700-а/599 было выбрано крупное, удлиненное (50x100 мкм) зерно монацита. Количественный анализ состава зерна выполнен в 19 точках. Содержания примесей ТЬ02, Ш2 и РЬО невысокие (3.19-3.75, 0.13-0.68 и 0.33-0,56 мае. %, соответственно). Монацит имеет зональное строение -центральные и краевые части кристалла отчетливо различаются по содержанию иттрия и урана, но при этом содержание тория в них близкое. Из точечных определений содержаний и, ТЬ, РЬ были выполнены расчеты возраста монацита и получены значения в интервале от 1949 до 2048 млн. лет, средневзвешенное значение - 2002±42 млн. лет, СКВО = 0.040 (рис. 4). На ТЬ/РЬ-И/РЬ-диаграмме аналитические точки группируются в двух областях - около оси ординат и в центральной части диаграммы, средневзвешенное значение возраста составляет 2004.3±19 млн. лет, СКВО = 0.15 (рис. 3). В образце 279-а/480.9 было проанализировано два небольших зерна монацита. Более крупное удлиненное зерно размером 30x60 мкм в ассоциации с кварцем и биотитом было проанализировано в 12 точках, более мелкое (20x50 мкм) в контакте с силлимантом и биотитом - еще в двух точках. По точечным определениям содержаний И, ТЬ, РЬ выполнены расчеты возраста монацита и получены значения в интервале от 1955 до 2031 млн. лет, средневзвешенное значение 2007±43 млн. лет, СКВО = 0.086 (рис. 3). При расчете возраста с помощью ТЬ/РЬ-и/РЬ диаграммы были получены близкие средневзвешенные оценки - 2008=20 млн. лет, очень близкие к полученным значениям для монацита из обр. 700-а/599 из той же силлиманит-калишпат-кордиеритовой зоны (рис. 4).

Таким образом, представляется, что метаморфизм терригенной толщи воронцовской серии имел место после внедрения огромного объема магм основного и ультраосновного состава еланского и мамонского комплексов в период 2060-2090 млн. лет [Чернышов и др., 1990]. Породы воронцовской серии подверглись метаморфизму на завершающих стадиях коллизии, которая маркируется интрузиями гранитов бобровского комплекса с возрастом 2022±3 млн. лет [Бибикова и др., 2009].

20

Рис. 4. Вариации значений возрастов монацитов из силлиманит-калишпат-кордиериговой зоны, рассчитанных по единичным точкам, и величина средневзвешенного возраста по [Моп1е1 е1 а1., 1996] и по графикам ТЬ/РЬ-и/РЬ [СосЬепе, А1Ьагсс1с, 2001].

Список опубликованных работ по теме исследования

1. Савко К.А., Базиков Н.С. Фазовые равновесия акцессорных редкоземельных минералов в метаморфических породах воронцовской серии, восток Воронежского кристаллического массива// Вестник Воронежского ун-та. Геология 2010. № 1.С. 102-120.

2. Базиков Н.С. Распределение редких и редкоземельных элементов в метапелитах воронцовской серии, восток Воронежского кристаллического массива// Труды молодых ученых ВГУ. Выпуск 1 - 2, 2010. С. 78-83.

3. Савко К.А., Базиков Н.С., Кориш Е.Х. Парагенезисы акцессорных редкоземельных минералов в метапелитах воронцовской серии, Воронежский кристаллический массив// Материалы научной конференции «Новые горизонты в изучении процессов магмо- и рудообразования», ИГЕМ РАН. М., 2010.

4. Базиков Н.С. Поведение акцессорных REE минералов при метаморфизме метапелитов воронцовской серии, восток Воронежского кристаллического массива// Материалы V Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле, Новосибирск, 2010.

5. Савко К.А., Базиков Н.С. Фазовые равновесия бастнезита, алланита и монацита: изограда разложения бастнезита в метапелитах воронцовской серии, Воронежский кристаллический массив// Петрология. 2011. Т. 19. №5. С. 467-492.

6. Савко К.А., Самсонов A.B., Базиков Н.С. Метатерригенные породы воронцовской серии Воронежского кристаллического массива: геохимия, особенности формирования и источники сноса//Вестник Воронежского ун-та. Геология. 2011. №.1, С. 70-94.

7. Савко К.А., Хиллер В.В., Базиков Н.С., Вотяков C.JL, Щапова Ю.В. Химическое микрозондовое Th-U-Pb датирование монацитов из метаморфических пород воронцовской серии, Воронежский кристаллический массив// Ежегодник 2010 г. Труды ИГГ УрО РАН, Екатеринбург, 2011. Выпуск 158. С. 218-224.

8. Савко К.А., Самсонов A.B., Базиков Н.С. Метатерригенные породы воронцовской серии в зоне сочленения Сарматии и Волгоуралии: состав, условия образования и источники сноса// Материалы 6 Всероссийского литологического совещания «Концептуальные проблемы литологических исследований в России», Казань, 2011.

9. Савко К.А., Базиков Н.С., Кориш Е.Х., Азарова Ю.А. Акцессорные редкоземельные минералы в палеопротерозойских сланцах Воронежского кристаллического массива// Записки Российского минералогического общества. 2012. № 3 в печати.

10. Савко К.А., Хиллер В.В., Базиков Н.С., Вотяков C.JI. Th-U-Pb возраст метаморфизма пород воронцовской серии Воронежского кристаллического массива поданным микрозондового датирования монацитов//Доклады Академии Наук. 2012. Том 444, № 3, С. 289-295.

11. Савко К.А., Хиллер В.В., Базиков Н.С., Вотяков C.JI. Возраст зонального метаморфизма пород воронцовской серии по данным датирования монацитов методом CHIME и эволюция коры востока Воронежского кристаллического массива в палеопротерозое// Вестник Воронежского ун-та. Геология. 2012. № 1. С. 81-99.

22

Подписано в печать 06.11.2012. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,16. Тираж 100 экз. Заказ № 365.

Отпечатано в типографии ООО ИПЦ «Научная книга». 394026, г. Воронеж, Московский пр-т, 116

Тел. +7 (473) 220-57-15, 238-02-38 http://www.n-kniga.ru. E-mail: typ@n-kniga.ru

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Базиков, Николай Сергеевич, Воронеж

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

(ФГБОУ ВПО ВГУ)

На правах рукописи

04201350211 БАЗИКОВ Николай Сергеевич

РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ В ПАЛЕОПРОТЕРОЗОЙСКИХ МЕТАОСАДКАХ ВОРОНЦОВСКОЙ СЕРИИ ВОРОНЕЖСКОГО КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО МАССИВА: ГЕОХИМИЯ, МИНЕРАЛОГИЯ, ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ, ВОЗРАСТ МЕТАМОРФИЗМА ПО

МОНАЦИТУ

Специальность - 25.00.04 - Петрология, вулканология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук,

профессор

К.А. Савко

Воронеж - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 4

1. Геологическая обстановка 11

1.1. Геологическое строение Восточно-Воронежской структуры 11

1.2. Метаморфизм 15

1.3. Петрография 20

2. Методы исследования 24

3. Метатерригенные породы воронцовской серии: геохимия, особенности формирования и источники сноса 27

3.1. Общие сведения 27

3.2. Петрогеохимия метаосадков воронцовской серии 28

3.2.1. Петрогенные элементы 28

3.2.2. Редкие и рассеянные элементы 32

3.2.3. Редкоземельные элементы (REE) 33

3.3. Интерпретация полученных результатов 41

3.3.1. Специфика экзогенных преобразований

и состав источников сноса 41

3.3.2. Специфика условий осадконакопления 45

3.4. Обсуждение результатов и выводы 47

3.4.1. Тектоническая позиция 47

3.4.2. Источники сноса 49

4. Минералогия REE-содержащих минеральных фаз

в метаморфических породах воронцовской серии 55

5. Фазовые равновесия акцессорных REE-минералов

в метаморфических породах воронцовской серии 78

6. Th-U-Pb возраст метаморфизма пород воронцовской серии

по данным микрозондового датирования монацитов 84

6.1. Постановка задачи 84

6.2. Кристаллохимические критерии замкнутости

системы монацитов 94

6.3. Результаты химического Th-U-Pb датирования монацитов 86

6.3.1. Ставролитовая зона 86

6.3.2. Мусковит-силлиманитовая зона 87

6.3.3. Силлиманит-калишпат-кордиеритовая зона 92

6.4. Интерпретация полученных данных в контексте геологической эволюции востока Воронежского кристаллического массива 97

Заключение 100

Литература 102

Приложение 116

Условные сокращения и символы

АЬ - альбит ЬЯЕЕ - легкие редкоземельные

А1п - алланит элементы (Ьа, Се, Рг,

Апс1 - андалузит Ш, 8ш, Ей)

Ар - апатит Мпг - монацит

ВЛ - бритолит МБ - мусковит

Взг - бастнезит Р1 - плагиоклаз

вг - биотит Ро - пирротин

Са1 - кальцит Ру - пирит

сы - хлорит СКг - кварц

Сру - халькопирит ЯЕЕ - редкоземельные

Сгё - кордиерит элементы

С20 - клиноцоизит ЯШ - рутил

Ер - эпидот врЬ - сфен

С1п - галенит ей - силлиманит

вг - графит - шпинель

вг! - гранат - ставролит

НЯЕЕ- тяжелые 8уп - синхизит

редкоземельные Тиг - турмалин

элементы (вс!, ТЬ, Бу, Хеп - ксенотим

Но, Ег, Тш, УЪ, Ьи) Zm - циркон

11т - ильменит Н.О. - не определялось

- калиевый полевой шпат ПО - предел обнаружения

з

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В последние несколько десятилетий был достигнут значительный прогресс в расшифровке эволюции метаморфических событий на основе изучения фазовых равновесий индекс-минералов, минеральной геотермобарометрии и прецизионных изотопных датировок абсолютного возраста. Акцессорные минералы становятся все более важными компонентами петрологического анализа и все чаще используются в петрологических моделях геологических процессов. Интерес к ним обусловлен быстро развивающимися методами химического in situ (CHIME) и локального изотопного (SHRIMP) датирования метаморфических событий по минералам, которые могут содержать в определимых количествах Th, Pb и U. Картирование монацит-алланитовой и алланит-монацитовой изоград [100, 117 и др.] показывает, что акцессорные редкоземельные (REE) минералы не остаются инертными при метаморфизме, а активно участвуют в прогрессивных метаморфических реакциях. Как широко распространенный акцессорный минерал метаморфических пород монацит является наиболее часто используемым минералом-геохронометром для датирования процессов метаморфизма, так как он характеризуется переменным составом, чутко реагирующим на изменение условий образования. В монаците сохраняется геохронологическая информация о его кристаллизации и росте в результате метаморфических реакций с другими акцессорными редкоземельными ' и породообразующими минералами. Поэтому он является идеальным геохронологическим сенсором метаморфических событий. В 1990-х годах был разработан метод химического электронно-зондового датирования U-Th-содержащих минералов (CHIME) [106], популярность которого продолжает расти. Большое число публикаций посвящено применению этого метода для определения возраста этих минералов из различных геологических объектов [3, 52, 61, 89, 94, 97, 108 и многие другие]. Техника электронно-зондового

анализа постоянно совершенствуется и уже сейчас позволяет произвести измерение количеств Th, U и Pb в монаците с точностью, обеспечивающей получение прецизионных оценок возраста его кристаллизации [115, 116 и другие].

Ввиду отсутствия вулканитов в строении воронцовской серии, возраст ее метаморфизма не может быть оценен изотопным методом по циркону, поэтому важной задачей является поиск иных подходов к оценке возраста, применимых в таких условиях. Как показано в данной работе, породы воронцовской серии содержат значительное количество редкоземельных минералов, в том числе монацита, имеющего метаморфический генезис. Поэтому представляется возможным впервые достоверно оценить возраст метаморфизма исследуемого объекта при помощи микрозондового датирования монацита методом CHIME.

Цель и задачи исследования. Целью исследования являлись обоснование тектонических и палеогеографических условий накопления мощных толщ терригенных отложений воронцовской серии в палеопротерозое, реконструкция фазовых равновесий акцессорных REE минералов и определение возраста метаморфизма по монациту методом CHIME. В соответствии с этой целью при проведении исследования были определены следующие задачи:

• установить возможные источники сноса на основе анализа распределения петрогенных окислов, редких и редкоземельных элементов в породах воронцовской серии;

• изучить акцессорную редкоземельную минерализацию в метаосадках воронцовской серии из различных зон метаморфизма;

• реконструировать фазовые равновесия акцессорных минералов, содержащих в своем составе REE, при прогрессивном зональном метаморфизме пород воронцовской серии;

• оценить возраст метаморфизма пород воронцовской серии с помощью химического микрозондового Th-U-Pb датирования акцессорных монацитов из разных зон метаморфизма. Фактический материал и методика исследований. Объектом исследования явились зонально метаморфизованные метатерригенные породы воронцовской серии (восток Воронежского кристаллического массива). Материалы были собраны автором в течение 2009-2012 гг при выполнении научно-исследовательских работ, проводившихся по грантам Российского фонда фундаментальных исследований (проекты 09-05-00821-а, 10-05-02101-э_к, 11-05-10034-к), во время обучения в магистратуре и аспирантуре, при работе по контракту с Федеральным агентством по недропользованию - составлении карты метаморфизма докембрия территории России масштаба 1:5000000 (базовый проект 7.4-02/09)

В процессе выполнения работ задокументирован и изучен керн более 50 скважин, вскрывающих исследуемые породы, описано более 400 шлифов. Поиск и идентификация редкоземельных минералов в прозрачно-полированных шлифах производились в отраженных электронах на растровом электронном микроскопе Jeol 6380 LV с энергодисперсионным анализатором INCA 250 (ВГУ).

Изготовлены пробы и изучен химический состав более 100 образцов. Малые и редкие элементы определялись методом индукционно-связанной плазмы с масс-спектрометрическим окончанием анализа (ICP-MS) в Аналитическом сертификационном испытательном центре Института проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов (АСИЦ ИПТМ РАН, г. Черноголовка). Анализ породообразующих элементов выполнен методом мокрой химии в лаборатории ВГУ, а также методом рентгенофлюоресцентной спектрометрии (XRF) на спектрометре последовательного действия Axios (ИГЕМ РАН, г. Москва).

Датирование метаморфизма ТЬ-и-РЬ методом производилось на микрозонде Сашеса 8Х 100 с пятью волновыми спектрометрами (ИГГ УРО РАН, г. Екатеринбург).

Расчет кристаллохимических коэффициентов в минералах производился при помощи программ М1№1ЬЕ и Ре1гоЕхр1огег. Расчет возраста монацитов проводился с использованием модифицированной программы ЬорЬ! 3.66 [83] в рамках двух альтернативных подходов: по единичным определениям содержаний и, ТЬ, РЬ в точке зерна минерала [106] и из ТЬ/РЬ-и/РЬ псевдоизохроны [52].

Научная новизна:

1. Показано широкое участие ЛЕЕ-минералов в метаморфических реакциях с увеличением температуры и давления.

2. Установлено существование изограды исчезновения бастнезита.

3. Определен возраст метаморфизма, близкий к возрасту внедрения коллизионных гранитов.

Практическая значимость результатов работы. Результаты исследования использовались при составлении карты метаморфизма докембрия территории России масштаба 1:5000000 по контракту с Федеральным агентством по недропользованию (базовый проект 7.4-02/09) и при выполнении научно-исследовательских работ, проводившихся по грантам Российского фонда фундаментальных исследований (проекты 09-05-00821-а, 10-05-02101-э_к, 11-05-10034-к).

На защиту выносятся следующие положения:

1. Распределение петрогенных, редких и редкоземельных элементов в палеопротерозойских метаосадках воронцовской серии показывает, что седиментогенез исходных граувакково-глинистых отложений происходил в тектонически активных обстановках со слабо проявленным химическим выветриванием широкого спектра пород - от кислых до основных.

2. Акцессорная редкоземельная минерализация в породах воронцовской серии представлена фосфатами (монацит, ксенотим, ИЕЕ-

апатит), фтор-карбонатами (бастпезит, синхизит) и силикатами (алланит, бритолит) редких земель. REE минералы находятся друг с другом и с породообразующими минералами как в равновесных, так и в реакционных отношениях, отражающих проградные метаморфические реакции.

3. Бастнезит является самым низкотемпературным из REE минералов и устойчив только в пределах зеленосланцевой фации. Его разложение на границе зеленосланцевой и эпидот-амфиболитовой фаций фиксирует изограду исчезновения бастнезита. Метаморфический монацит возникает в верхах зеленосланцевой фации (гранатовая зона), и его устойчивость последовательно расширяется в более высокотемпературную область вплоть до гранулитовой фации.

4. Возраст зонального метаморфизма пород воронцовской серии, определенный методом Th-U-Pb химического датирования (CHIME) составляет: для ставролитовой зоны - 2039±26 млн. лет, для мусковит-силлиманитовой - 2015±14 млн. лет, для силлиманит-кал ишпат-кордиеритовой - 2004±19 млн. лет, что предполагает субсинхронность регионального метаморфизма и внедрения коллизионных гранитов S-типа бобровского комплекса на рубеже около 2022 млн. лет.

Апробация результатов исследования. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференции «?Товые горизонты в изучении процессов магмо- и рудообразования» (Москва, 2010 г.), «V Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле» (Новосибирск, 2010 г.), «VI всероссийском литологическом совещании» (Казань, 2011 г.), а также на научных сессиях Воронежского государственного университета (2010-2012 гг.). Основное содержание диссертации отражено в 11 опубликованных работах (в том числе 6 в реферируемых журналах по перечню ВАК).

Объем и структура работы. Диссертация общим объемом 126 страниц состоит из введения, шести глав и заключения, включает 16 таблиц, 20

рисунков, 1 приложение («Составы монацитов из пород воронцовской серии») и список литературы из 118 наименований.

В первой главе рассмотрено геологическое строение и метаморфизм пород Воронцовской структуры.

Во второй главе приводится описание методики исследований.

В третьей главе описана петрогеохимия пород воронцовской серии: характер распределения петрогенных, редких, рассеянных и редкоземельных элементов. Сделаны выводы о специфике экзогенных преобразований и составе источников сноса, специфике условий осадконакопления, тектонической позиции Воронцовской структуры и о составе источников сноса первичных осадков, подвергшихся впоследствии зональному метаморфизму.

В четвертой главе рассматриваются особенности распространения, морфологии, состава и зональности акцессорных редкоземельных минералов, установленных в метаосадках воронцовской серии, и их взаимоотношения друг с другом и породообразующими минералами.

Пятая глава посвящена реконструкции фазовых равновесий редкоземельных минералов при прогрессивном метаморфизме, обоснованию существования изограды исчезновения бастнезита, моделированию реакций с участием редкоземельных минералов.

В шестой главе анализируются результаты химического микрозондового Th-U-Pb датирования монацитов из разных зон метаморфизма воронцовской серии; полученные датировки интепретируются в контексте эволюции восточной окраины Сарматии в палеопротерозое.

Благодарности. Неоценимую помощь в работе оказали сотрудники ИГГ УРО РАН (г. Екатеринбург) В.В. Хиллер и академик C.J1. Вотяков (помощь в датировании монацитов); сотрудник ИГЕМ РАН (г. Москва) А.И. Якушев и зав. сектором ИПТМ РАН (г. Черноголовка) В.К. Карандашев (помощь в определении содержаний петрогенных окислов); ведущий инженер НИИ Геологии ВГУ A.B. Милаш (помощь в отборе образцов);

сотрудники кафедры полезных ископаемых и недропользования С.М. Пилюгин (помощь в получении микрозондовых анализов), Е.Х. Кориш, И.П. Лебедев, Л.М. Ерохина (ценные консультации). Автор признателен чл.-корр. РАН А.В. Самсонову и научному сотруднику НИИ Геологии ВГУ В.Ю. Скрябину за предоставленные анализы образцов из Воронежской параметрической скважины. Всем перечисленным, а также своему научному руководителю профессору К.А. Савко и всему коллективу кафедры полезных ископаемых и недропользования в целом, автор выражает свою искреннюю признательность.

1. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ОБСТАНОВКА

1.1. Геологическое строение Восточно-Воронежской структуры

Территория Воронежского кристаллического массива (ВКМ) традиционно делится на два крупных сегмента: западную часть - регион или мегаблок Курской магнитной аномалии, широко известный благодаря железисто-кремнистой формации палеопротерозоя, и восточную, где нет железистых кварцитов, а, следовательно, и связанных с ними магнитных аномалий. Большая площадь востока Воронежского массива сложена преимущественно слабо метаморфизованными песчано-сланцевыми флишоидными отложениями воронцовской серии. Обширная структура, сложенная этими породами, первоначально получила наименование Восточно-Воронежской [9], Воронцовской или Бобровско-Воронцовской. Впоследствии эта структура получила альтернативные наименования -Калач-Эртильская и Хоперская [38].

Площадь распространения данной структуры составляет более 100000 км" при ширине до 300 км и длине более 600 км (рис. 1.1). С запада Восточно-Воронежская структура ограничена Лосевско-Мамонским глубинным разломом, отделяющим ее от Липецко-Лосевского вулканогенного пояса, с юга - Варваринским выступом архейского фундамента. На востоке Балашовский блок, сложенный породами воронцовской серии, граничит с палеопротерозойскими структурами Волго-Уралии - терсинским поясом метаморфизованных вулканитов и южноволжским супракрустальным комплексом [1]. Мощность отложений воронцовской серии по сейсмическим данным изменяется от 2-3 км в юго-западной части до 6-8 км в районе Новохоперского глубинного разлома [32]. По другим данным, мощность отложений воронцовской серии достигает 15 км [8]. Литологически она весьма однородна и представляет собой толщу песчаниково-сланцевых флишоидных отложений. Несмотря на частые упоминания, что в разрезах воронцовской серии до 10 % приходится на

эффузивно-осадочные отложения [13, 41 и др.], найти петрографическое и петрохимическое описание таких пород не удалось ни в отчетах геологических производственных организаций, ни в других литературных источниках. По всей видимости, за вулканогенные образования, скорее всего, принимаются первично осадочные известково-силикатные породы [19, 27], обогащенные кальцием и железом и обедненные алюминием, встречающиеся в виде прослоев мощностью от 0.2 до 1.0 м. Отсутствие вулканитов в разрезах воронцовской серии не позволяет получить оценки возраста ее формирования по магматическим цирконам.

55" 40° 45° 50°

Рис. 1.1. Схематическая карта зоны сочленения Сарматии и Волго-Уралии (по [1], с изменениями).

1 - архейская кора; 2-6 - палеопротерозойские структурно-вещественные комплексы: 2 - южноволжский комплекс глин