Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Силурийский интрузивный магматизм Восточной зоны Среднего Урала

ВАК РФ 25.00.04, Петрология, вулканология

Автореферат диссертации по теме "Силурийский интрузивный магматизм Восточной зоны Среднего Урала"

На правах рукописи

ЛОБОВА Екатерина Вячеславовна

СИЛУРИЙСКИЙ ИНТРУЗИВНЫЙ МАГМАТИЗМ ВОСТОЧНОЙ ЗОНЫ СРЕДНЕГО УРАЛА

Специальность 25.00.04 - Петрология, вулканология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

14 МАР 2013

005050647

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2013

005050647

Работа выполнена в ФГБУН Институте геологии и геохимии им. академика А.Н.Заварицкого Уральского отделения Российской академии наук.

Научный руководитель -

кандидат геолого-минералогических наук

Смирнов Владимир Николаевич

Официальные оппоненты:

Ремизов Дмитрий Николаевич доктор геолого-минералогических наук, ФГУП Всероссийский научно-исследовательский геологический институт имени А.П.Карпинского, отдел региональной геологии и полезных ископаемых Урала и Западной Сибири, ведущий научный сотрудник

Кораго Евгений Александрович кандидат геолого-минералогических наук, ФГУП Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов Мирового океана имени академика И.С.Грамберга, сектор геологии твердых полезных ископаемых шельфа, ведущий научный сотрудник

Ведущая организация - ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет».

Защита состоится 29 марта 2013 г. в 16 ч на заседании диссертационного совета Д 212.224.04 при Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2, ауд.4312.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный».

Автореферат разослан 27 февраля 2013 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ диссертационного совета канд. геол.-минерал. наук

ГУЛЬБИН Ю.Л.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Магматизм восточной окраины Урала, погруженной под чехол Западно-Сибирской плиты, изучен крайне неполно. Основные этапы магматической активности этой части Урала установлены главным образом на основе анализа процессов вулканизма. Достоверные данные о возрасте плутонических пород до последнего времени практически отсутствовали.

Интрузивные образования силурийского возраста представлены в изученном регионе типичными для Урала ассоциациями магматических пород - офиолитами (комплексы параллельных долеритовых даек и расслоенных габброидов) и габбро-гранитными сериями (рефтинский габбро-тоналитовый и аверинский диорит-трондьемитовый комплексы). Их исследование актуально для дальнейшего развития представлений об эволюции магматизма среднеуральской части Восточной зоны и Урала в целом.

Цель работы: выявление закономерностей эволюции интрузивного магматизма на протяжении силурийского этапа развития Восточной зоны Среднего Урала.

Основные задачи исследования: 1) изучение минерального состава, петро- и геохимических особенностей плутонических пород силурийского этапа развития Восточной зоны Среднего Урала; 2) реставрация РТ-условий их образования; 3) определение возраста пород изучаемых плутонических комплексов.

Фактический материал и методы исследования. Материал для исследования был отобран автором в течение 2009-2011 гг. Работа основана на изучении 200 петрографических шлифов, 45 геохимических анализов (методом ICP-MS), 132 полных силикатных анализов горных пород, 550 микрозондовых анализов минералов. Использованные в работе геохронологические данные включают одно определение возраста Sm-Nd методом, пять U-Pb возрастов, полученных по цирконам методом SIMS, и два - методом TIMS.

Для изучения пород и слагающих их минералов применялись современные методы исследования вещества. Силикатный анализ пород проводился рентгеноспектральным методом (СРМ-18, лаб. ФХМИ ИГГ УрО РАН, Н.П. Горбунова, Л.А. Татаринова, В.П. Власов). Геохимическая характеристика пород основана на результатах анализа содержаний элементов-примесей методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ELAN-9000, лаб.

ФХМИ ИГГ УрО РАН, H.H. Адамович, Д.В. Киселева, Н.В. Чередниченко). Химический состав минералов изучен методом рентгеноспектрального электронно-зондового микроанализа (Cameca SX 100, лаб. ФХМИ ИГГ УрО РАН, Д.А. Замятин и В.В. Хиллер). Измерения изотопного состава Nd, концентраций Sm и Nd проводились на семиканальном твердофазном масс-спектрометре Finnigan - МАТ 262 (RPQ) в статическом двухленточном режиме с использованием рениевых и танталовых лент (лаборатория геохронологии и изотопной геохимии, ГИ КНЦ, Апатиты). Изучение U-Pb изотопной системы цирконов проводилось с использованием ионного микрозонда SHRIMP-II (А.Н. Ларионов, ВСЕГЕИ) по стандартной методике [Williams, 1998], а также масс-спектрометрическим методом изотопного разбавления с использованием 205РЬ трассера по методике [Баянова и др., 2007] (Т.Б. Баянова, ГИ КНЦ РАН, Апатиты).

Научная новизна:

1. Впервые на основе детального изучения вещественного состава и изотопного датирования пород надежно обосновано выделение плутонических комплексов силурийского этапа развития Восточной зоны Среднего Урала, установлены последовательность их формирования и характер эволюции магматизма на протяжении этого этапа.

2. Аверинская диорит-трондьемитовая ассоциация выделена в качестве самостоятельного петрографического подразделения -аверинского диорит-трондьемитового комплекса.

3. Показано, что формирование рассматриваемой совокупности пород протекало в надсубдукционных условиях.

Защищаемые положения:

1. Наиболее раннему эпизоду интрузивной активности силурийского этапа развития среднеуральской части Восточной зоны отвечает формирование позднеордовикско-раннесилурийской (446-428 млн лет) офиолитовой ассоциации, представленной комплексом параллельных долеритовых даек, являющимся результатом задугового спрединга, и комплексом расслоенных габброидов.

2. Следующий по времени формирования рефтинский габбро-тоналитовый комплекс имеет раннесилурийский (435-430 млн лет) возраст. Габброиды этого комплекса являются продуктами

кристаллизации водосодержащей базитовой магмы и сформировались в абиссальных условиях, тоналиты и плагиограниты - в мезо- и гипабиссальных условиях. Плагиограниты соответствуют низкоглиноземистому

«океаническому» типу и образовались из маловодных магм.

3. Диорит-трондьемитовую ассоциацию, включавшуюся ранее в состав рефтинского комплекса, предлагается выделить в самостоятельный аверинский плутонический комплекс, сформировавшийся в условиях гипабиссальной фации в позднесилурийское время (420-419 ± 4 млн лет). По составу породы аверинского комплекса сопоставимы с островодужными образованиями, а преобладающие в нем трондьемиты близки к низкоглиноземистому «океаническому» типу и являются производными маловодных магм.

Практическая значимость. Полученные с применением современных аналитических методов данные о вещественном составе пород силурийских интрузивных комплексов и их изотопно-геохронологические характеристики могут быть использованы в процессе проведения региональных геологических исследований, при разработке легенд к геологическим картам, а также при сопоставлении характера эволюции интрузивного магматизма разных зон Урала.

Достоверность защищаемых положений, выводов и рекомендаций обусловлена большим объемом аналитических данных, полученных с применением широкого комплекса методов петрологических исследований как традиционных, так и самых современных. Изотопно-геохронологические исследования выполнены разными методами в двух аккредитованных лабораториях.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на XI Всероссийском петрографическом совещании «Магматизм и метаморфизм в истории Земли» (Екатеринбург, 2010), Уральской минералогической школе (Екатеринбург, 2010), V Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле (Новосибирск, 2010), конференции молодых ученых «Современные проблемы геохимии» (Иркутск, 2011), XII Всероссийских научных чтениях памяти ильменского минералога В.О. Полякова (Миасс, 2011),

II Всероссийской молодежной конференции «Геология Забайкалья» (Улан-Удэ, 2012).

Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 17 работ, 2 из них - в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав и заключения. Работа изложена на 190 страницах текста, сопровождается 128 иллюстрациями и 87 таблицами. Список цитируемой литературы включает 188 наименований и 3 фондовых отчета. Во введении определены цель и задачи исследования. В первой главе рассмотрена история изучения исследуемого района. Во второй главе приводится краткий очерк геологического строения Восточной зоны Среднего Урала и геологического окружения силурийских интрузивных комплексов. Третья глава посвящена комплексу параллельных долеритовых даек офиолитовой ассоциации, в ней рассмотрены геологическое положение комплекса и геодинамические условия его формирования, вещественный состав, время и условия образования пород. В четвертой главе рассмотрено геологическое положение пород рефтинского габбро-тоналитового комплекса, их вещественный состав, время и условия образования, а также постмагматические и метаморфические преобразования. В пятой главе освещено геологическое положение пород аверинского диорит-трондьемитового комплекса, их вещественный состав, время, условия образования и метаморфические преобразования, а также приводится их сопоставление с породами рефтинского комплекса. В шестой главе интерпретируется характер эволюции и геодинамические условия формирования силурийских интрузивных комплексов Восточной зоны Среднего Урала. В заключении приведены результаты работы и ее практическое значение.

Благодарности. Работа выполнена в лаборатории региональной геологии и геотектоники Института геологии и геохимии УрО РАН под руководством кандидата геолого-минералогических наук В.Н. Смирнова, которому автор выражает искреннюю признательность за постоянное внимание и поддержку. Автор благодарен заведующему лабораторией д.г.-м.н. К.С. Иванову и коллегам по лаборатории к.г.-м.н. Ю.В. Ерохину и B.C. Пономареву, а также C.B. Берзину. За выполнение аналитических работ автор признателен аналитикам

лаб. ФХМИ ИГГ УрО РАН, а также А.Н. Ларионову (ЦИИ ВСЕГЕИ) и Т.Б. Баяновой (ГИ КНЦ РАН). Автор признателен коллегам из лаборатории петрологии магматических формаций д.г.-м.н. Г.Б. Ферштатеру и к.г.-м.н. Н.С. Бородиной за неоценимую помощь в обсуждении результатов.

Работа выполнена в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг., тема НИР «Типоморфизм циркона россыпей проявлений Умытьинской площади (ХМАО - Югра)». Исследования были поддержаны Программами ОНЗ РАН № 10 «Строение и формирование основных типов геологических структур подвижных поясов и платформ» (проект УрО РАН 09-Т-5-1009 «Структурные связи уральского подвижного пояса и Западно-Сибирской платформы») и РФФИ (грант 11-05-00098-а «Изучение природы сиалических блоков фундамента молодых платформ (состав, строение, история формирования) на примере Западно-Сибирской плиты»), а также президиумом УрО РАН, выделившим молодежные гранты на проведение исследований в 2010 и 2011 годах.

КРАТКАЯ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА

Восточной зоной Урала называют область развития вулканогенных и вулканогенно-осадочных образований, протягивающуюся параллельно Тагильской и Магнитогорской зонам на расстоянии 80-100 км к востоку от них [Коротеев и др., 1979] (рис. 1).

В пределах среднеуральской части Восточной зоны силурийский интрузивный магматизм представлен офиолитами (комплекс параллельных долеритовых даек и комплекс расслоенных габброидов), рефтинским габбро-тоналитовым и аверинским диорит-трондьемитовым комплексами. До сих пор, несмотря на более чем столетнюю историю геологического изучения Урала, основные этапы магматической активности установлены главным образом на основе анализа процессов вулканизма [Коротеев и др., 1979; Смирнов, Коровко, 2007]. В строении ближайшего обрамления исследуемых комплексов участвуют осадочные, магматические и метаморфические образования, возраст которых варьирует от венда до поздней перми (рис. 2).

Рис. 1. Схема тектоно-магматического районирования территории восточного склона Среднего Урала [Смирнов и др., 2003]: I I - Салатимскяа зона; i II - Платиноносный пояс;

III - Тагильская зона;

IV - Верхисетско-Туринская зона; V-VI - выступы кристаллических пород: V - Салдинский,

VI - Сысертско-Ильменогорский;

VII - Медведевско-Арамильская зона;

VIII - Мурзинско-Адуйский кристаллический блок;

IX — Восточно-Уральская зона.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ИХ ОБОСНОВАНИЕ

1. Наиболее раннему эпизоду интрузивной активности силурийского этапа развития среднеуральской части Восточной зоны отвечает формирование позднеордовикско-раннесилурийской (446-428 млн лет) офиолитовой ассоциации, представленной комплексом параллельных долеритовых даек, являющимся результатом задугового спрединга, и комплексом расслоенных габброидов.

Параллельные долеритовые дайки офиолитовой ассоциации слагают узкий вытянутый в субмеридиональном направлении блок длиной не менее 20 км при ширине до 2 км внутри Рефтинского габбро-гранитоидного массива (рис. 2). На западе породы комплекса граничат с крупным телом тоналитов рефтинского комплекса, от которого отделены крупным разрывным нарушением. С востока к полосе параллельных даек примыкает блок офиолитовых габбро, контакт между ними нигде не наблюдался, предполагается, что он имеет тектонический характер. Породы офиолитовой ассоциации залегают среди образований силурийского возраста, а продукты их

размыва содержатся в раннедевонских осадочных толщах [Золоев и др., 1981]. Ввиду того, что в процессе проводившихся ранее исследований основное внимание уделялось габбро офиолитовой ассоциации [Смирнов, 1981; Смирнов, Иванов, 2010; Ферштатер, 2003], а параллельные долеритовые дайки практически выпали из рассмотрения, внимание автором было уделено именно дайковому комплексу.

Для северной части площади распространения параллельных даек характерно широкое развитие скринов роговообманковых габбро. Падение даек и разделяющих их скринов вертикальное или близко к вертикальному, простирание субмеридиональное. Дайки долеритов и скрины габбро секутся полого падающими на восток жилами и дайками плагиогранитов мощностью до 30 см. В южной части полосы наблюдаются дайковые выходы мощностью до 2,5 м без скринов габбро, сложенные долеритами. Хорошо видны контакты даек с односторонней зоной закалки.

Долериты серые до темно-серых массивные породы, состоящие из плагиоклаза и амфибола, присутствующих в приблизительно равных количествах, иногда с небольшим (до 5 %) количеством кварца. Структура - офитовая, от мелкозернистой (0,4-1,2 мм) во внутренних частях даек до тонкозернистой в зонах закалки (не более 0,5 мм). Долериты во внутренних частях даек состоят из амфибола (магнезиальной роговой обманки mg# 0,62-0,66) и плагиоклаза (андезин АП35.39 и Лабрадор Ап51.57). Акцессории - апатит и циркон, рудные - магнетит, вторичные - титанит и рутил. Долериты из зон закалки состоят из амфибола (магнезиальная и железистая роговая обманка тф 0,47-0,80), плагиоклаза (альбит-олигоклаз Апб-27)-Акцессории — циркон, рудные — магнетит, вторичные — хлорит.

Долериты характеризуются нормальной щелочностью натриевого типа и по особенностям состава соответствуют базальтам, реже андезибазальтам толеитовой петрохимической серии. Сумма РЗЭ в них составляет 24-41 г/т, спектры распределения характеризуются незначительным дефицитом ЛРЗЭ - (ЬаАлЬ)ы=0,43-0,63 (рис. ЗА). По характеру распределения РЗЭ изученные долериты близки 14-МСЖВ, а также аналогичным породам офиолитовых комплексов Хорватии, Омана и Италии. Из уральских объектов к ним наиболее близки долериты сыумкеусского блока Щучьинского сегмента (Полярный Урал). На спайдер-диаграмме наблюдаются максимумы

по крупноионным литофильным элементам (LILE) - К, Ва и Sr и минимумы по высокозарядным элементам (HFSE) - Nb, Та и Zr (рис. ЗБ), что отличает изученные долериты от базальтов СОХ и указывает на их сходство с базальтами островных дуг [Saunders, Tarney, 1979]. На дискриминационных диаграммах [Mullen, 1982; Pearce, Сапп, 1973; Wood, 1980] фигуративные точки их составов попадают в область островодужных толеитов. Породы комплекса обладают более низкими содержаниями титана и более высокими калия относительно толеитов СОХ. По петрохимическим особенностям изученные долериты близки задуговым базальтам Западно-Филиппинской котловины, в меньшей мере базальтам моря Скоша [Фролова, Бурикова, 1997].

Обоснование возраста офиолитовой ассоциации основано на результатах датирования офиолитовых габбро, развитых в пределах Рефтинского габбро-гранитоидного массива в контакте с описываемыми долеритами. Средний возраст, полученный при U-Pb (SHRIMP-II) датировании зерен циркона из роговообманковых габбро, которые присутствуют в виде скринов в комплексе параллельных долеритовых даек, составляет 428,0±3,7 млн лет [Смирнов, Иванов, 2010]. Более древняя цифра возраста была получена автором в результате Sm-Nd-датирования такситового габбро расслоенной части офиолитового разреза и составила 446±29 млн лет. На основании этих данных сделан вывод о позднеордовикско-раннесилурийском возрасте офиолитовой ассоциации рассматриваемого района.

2. Следующий по времени формирования рефтинский габбро-тоналитовый комплекс имеет раннесилурийский (435-430 млн лет) возраст. Габброиды этого комплекса являются продуктами кристаллизации водосодержащей базитовой магмы и сформировались в абиссальных условиях, тоналиты и плагиограниты — в мезо- и гипабиссальных условиях. Плагиограниты соответствуют низкоглиноземистому «океаническому» типу и образовались из маловодных магм.

Рефтинский габбро-тоналитовый комплекс слагает преобладающую часть крупного одноименного массива, вытянутого в субмеридиональном направлении на 60-65 км. Его ширина достигает 30 км в южной части и постепенно уменьшается до 15 км

в северной. Все наблюдавшиеся контакты массива с породами обрамления (S-Di) - тектонические.

Формирование комплекса является результатом двух фаз внедрения магматического расплава. Породы первой фазы представлены габбро, в меньшей степени диоритами и кварцевыми диоритами, в составе второй фазы преобладают тоналиты, при подчиненном количестве кварцевых диоритов и плагиогранитов. Все наблюдавшиеся контакты между породами двух фаз резкие рвущие. Тоналиты прорывают габбро, ороговиковывают их, иногда содержат в виде ксенолитов. Зоны закалки на контакте габбро и гранитоидов отсутствуют.

Породы комплекса характеризуются нормальной щелочностью с промежуточным типом дифференциации между известково-щелочными и толеитовыми сериями. Cr/V отношение для пород комплекса всегда меньше 1,5, что отвечает породам базальтоидного происхождения.

Габбро рефтинского комплекса зеленовато-серые до темно-зеленых, массивные. При микроскопических исследованиях было установлено, что условно среди них может быть выделено две разновидности: роговообманковая и эденит-паргаситовая. Макроскопически две эти разновидности неразличимы.

Роговообманковые габбро порфировидные, преимущественно среднезернистые, реже мелко- и крупнозернистые, гипидиоморфнозернистые. Состоят из амфибола (магнезиальная роговая обманка mg# 0,59-0,68) 50-70 %, плагиоклаза (однородные зерна - Лабрадор Ап50-бз, центр зональных зерен - Лабрадор и битовнит Ап57 .74, кайма — олигоклаз и андезин АП23-44) 25-45 % и кварца 3-4 %. Акцессории — фторапатит и циркон, рудные -ильменит, титаномагнетит, вторичные - титанит, рутил, магнетит и ильменит. Эденит-паргаситовые габбро представляют собой среднезернистые породы с призматическизернистой и гипидиоморфнозернистой микроструктурой. Минеральный состав: амфибол (эденит-паргасит mg# 0,58-0,66) 35-40 %, плагиоклаз (центр - битовнит Ап72-7б, промежуточная зона - Лабрадор Ап55.56, кайма - андезин An3i.38) 55-60 % и кварц до 3-4 %. Акцессории -фторапатит и циркон, рудные - хромит (Сг203 41,02-42,18 %, А1203 21,10-21,59 %, ТЮ2 0,26-0,29 %, FeOo6l4 27,03-28,46 %, Сг# 0,56-0,57) и ильменит.

Тренды распределения РЗЭ в габбро близки N-MORB, (La/Yb)N=0,4-l,9 (рис. 4А). Геохимические особенности пород, такие как положительные аномалии по LILE - К, Ва и Sr и отрицательные по Rb, Th и по HFSE - Nb, Та, Zr и Ti (рис. 4Б) указывают на их возможную связь с субдукционными процессами [Davidson, 1987]. На диаграммах [Mullen, 1982; Pearce, Сапп, 1973] фигуративные точки габбро тяготеют к полю толеитов островных дуг.

Первичные фемические силикаты в габбро представлены водосодержащим минералом — амфиболом, это свидетельствует о том, что на заключительных этапах кристаллизации магматического расплава содержание воды составляло не менее 3 мае. % [Holloway, Burnham, 1972]. РТ-параметры образования, рассчитанные по [Ферштатер, 1990; Hammastrom, Zen, 1986; Hollister et al., 1987; Otten, 1984], для эденит-паргаситовых габбро составили 920-990 °С и 5,4-6,4 кбар, для роговообманковых габбро 694-821 °С и 1,6-3,8 кбар. Все выше перечисленное позволило выделить две ассоциации минералов: субликвидусную - Ed + An72.76 + Chr и субсолидусную -НЫ + Ап5МЗ + Mgt, температура образования первой - 990 °С, второй -694-821 °С.

Тоналнты — серые или зеленовато-серые массивные, равномернозернистые, средне-крупнозернистые, реже

порфировидные породы с гипидиоморфнозернистой микроструктурой. Минеральный состав: плагиоклаз (однородные зерна - андезин Ап36.46, ядра зональных зерен - Лабрадор и битовнит Ап54_74, кайма - олигоклаз и андезин An2g-44) 45-65 %, кварц 15-25%, амфибол (магнезиальная роговая обманка mg#=0,59-0,65) до 20-25 % и биотит. Акцессорные минералы - апатит, циркон, ортит и торит; предыдущими исследователями [Чащухина, Смирнов, 1981] отмечались пирит, гранат, турмалин, халькопирит и шеелит. Рудные минералы представлены магнетитом и ильменитом, вторичные -титанитом, хлоритом, эпидотом и рутилом.

РТ-параметры рассчитанные по [Ферштатер, 1990; Hammastrom, Zen, 1986; Hollister et al., 1987; Otten, 1984; Schmidt, 1992] составляют 603-775 °C и 1,2-2,8 кбар. По соотношению ТЮг-А12Оз [Ферштатер, Бородина, 1975] фигуративные точки состава амфиболов из тоналитов располагаются в полях мезо- и гипабиссальных образований.

Плагиограниты - равномернозернистые, крупнозернистые, гипидиоморфнозернистые массивные породы. Минеральный состав: плагиоклаз (альбит и олигоклаз An2-is) до 60 %, кварц 25-30 % и амфибол (магнезиальная роговая обманка) 10-15 %. Акцессорные минералы - апатит и циркон, рудные - магнетит, вторичные -хлорит и эпидот.

Содержание К20 составляет до 0,6 мае. %, что характерно для уральских плагиогранитов [Заварицкий, 1961]. По содержанию А120з (менее 15 мае. %), Rb (до 5 г/т) и Sr (до 200 г/т) они соответствуют низкоглиноземистому «океаническому» типу [Арт, 1983; Колман, Донато, 1983]. Сумма РЗЭ - 7-18 г/т, (La/Yb)N=2-4; характерна положительная аномалия по Eu (ЛЕи*=1,53-5,04), минимумы по Th, Nb и Та, максимумы по К, Ва и Sr. На дискриминационных диаграммах [Pearce et al., 1984] фигуративные точки их составов попадают в поле гранитов островных дуг.

Условия генерации гранитных расплавов, оцененные посредством сравнения нормативного состава пород с экспериментальными данными [Платен, 1976; James, Hamilton, 1969; Luth et al., 1964; Stewart, 1967; Tuttie, Bowen, 1958; Yoder, 1967] на диаграмме системы Q-0r-Ab-H20, отвечают давлению воды не более 1 кбар, что указывает на их формирование из маловодных магм.

Результаты датирования пород рефтинского комплекса приведены в табл. 1. Наибольший интерес представляют близкие значения возраста 430,0 и 433,7 млн лет (рис. 5 и 6), полученные по цирконам из двух проб тоналитов, которые можно отождествлять с моментом кристаллизации породы из магматического расплава. Аналогичных значений возраста по цирконам из габбро автором не получено, однако, близкие возраста (435 млн лет для габбро и 430 млн лет для диорита) ранее были получены Г.Б. Ферштатером и A.A. Краснобаевым. Имеющиеся данные позволяют заключить, что наиболее вероятным временем образования пород рефтинского комплекса следует считать интервал 435-430 млн лет назад.

Ряд возрастов, полученных по цирконам из разных по составу пород, имеют близкие ко времени кристаллизации пород, но более молодые значения 426-422 млн лет. Следующие возрастные рубежи соответствует интервалу времени 405-380 и 293±4 млн лет назад.

Таким образом, все полученные возрастные рубежи получают объяснение. Время образования пород комплекса - 435-430 млн лет

назад, время постмагматических преобразований пород - 426-422 млн лет назад. Интервал 405-380 млн лет назад отвечает времени заложения девонской островной дуги [Смирнов, Коровко, 2007], а 293±4 млн лет назад процессу континентальной коллизии.

Таблица 1

Возраст пород рефтинского комплекса_

Порода Возраст, млн лет Мето Источник

габбро К 934 435±8 Pb/Pb Ферштатер и др., 2005

423±6 NS Ферштатер, Краснобаев и др., 2007; Ферштатер, Краснобаев и др., 2012; Ферштатер, Холодное и др., 2007

422±5 NS Краснобаев и др., 2006

Рф-23 414,3±5,3 SH Смирнов, Иванов, Лобова, 2010

Рф-77 404,5±3,0 SH А

400±4 380-385 TIMS А

диорит К 933 430 Pb/Pb Краснобаев и др., 2004; Ферштатер и др., 2005

426 NS Ферштатер, Краснобаев и др., 2007; Ферштатер, Краснобаев и др., 2012

тоналит К 935 422±6 Pb/Pb Ферштатер и др., 2005

422±6 NS Ферштатер, Краснобаев и др., 2007; Ферштатер, Краснобаев и др., 2012; Ферштатер, Холодное и др., 2007

К 932 425 NS Ферштатер, Краснобаев и др., 2007; Ферштатер, Краснобаев и др., 2012

407 Pb/Pb Краснобаев и др., 2004

933, 937. 939 393±57 Rb-Sr Попов и др., 2003

Рф-XVII 430±7 405±5 293±4 SH Смирнов, Иванов, Лобова, 2010

Рф-78 433,7±6,0 396,6±3,6 SH А

Методы датирования: NS - U-Pb-SIMS, NORDSIM, Университет, Стокгольм, Швеция; Pb/Pb - метод Кобера (single-zircon stepvvise-evaporation 207Pb/206Pb method), Университет Гранада, Испания; Rb-Sr -изохронный Rb-Sr метод, ВСЕГЕИ, Санкт-Петербург; SH - U-Pb-SIMS, SHRIMP-II, ВСЕГЕИ, Санкт-Петербург; TIMS - U-Pb-TIMS, Геологический институт КНЦ РАН, Апатиты. А - авторские данные, приведенные в работе.

3. Диорит-трондьемитовую ассоциацию, включавшуюся ранее в состав рефтинского комплекса, предлагается выделить в самостоятельный аверинский плутонический комплекс, сформировавшийся в условиях гипабиссальной фации в позднесилуринское время (420-419 ± 4 млн лет). По составу породы аверинского комплекса сопоставимы с островодужными образованиями, а преобладающие в нем трондьемиты близки к ннзкоглпноземнстому «океаническому» типу и являются производными маловодных магм.

Аверинский диорит-трондьемитовый комплекс впервые был описан П.В. Покровским с соавторами в 1966 г. как динамометаморфизованные плагиограниты; позднее (1971 г.) М.С. Рапопорт выделил входящие в его состав кислые породы в качестве плагиогранитной формации. В процессе региональных геологических исследований (1987-1995 гг.) была показана специфика химического состава гранитоидов, заключающаяся в повышенном, по сравнению с уральскими плагиогранитами, содержании калия [Ведерников и др., 1996]. На основании данных этих исследований рассматриваемые образования были выделены в качестве аверинского тоналит-трондьемитового [Корреляция..., 1991], позже диорит-трондьемитового [Ведерников, Смирнов, 1997] комплекса. Однако, при составлении легенды Среднеуральской серии государственной геологической карты масштаба 1:200 ООО [Шалагинов, Стефановский, 1998] этот комплекс был исключен, а входящие в его состав породы без обоснования отнесены к рефтинскому габбро-тоналитовому комплексу.

Породы комплекса протягиваются в виде полосы северо-северо-восточного простирания в юго-западной части среднеуральского сегмента Восточной зоны от с. Щербаковка на юге до пос. Белоярский на севере (рис. 2). Ширина полосы варьирует от 1 до 11 км. Контакты комплекса с породами обрамления на всем протяжении тектонические. В состав ассоциации входят: габбро, диориты, кварцевые диориты, тоналиты и трондьемиты, последние слагают около 90 % площади выходов. Жильная фация представлена маломощными жилами лейкократовых трондьемитов. Расположение пород комплекса в зоне крупного разрывного нарушения, ограничивающего Восточно-Уральскую зону с запада, обусловило их интенсивный дислокационный метаморфизм. Среди

метаморфизованных пород наибольшим распространением пользуются альбитизированные трондьемиты, апотрондьемитовые сланцы и бластомилониты, в незначительном количестве присутствуют породы среднего состава - метадиориты. Реже встречаются породы с реликтами первичных структур и минералов.

Перекристаллизованные трондьемиты с реликтами первичных минералов - мелко-среднезернистые, массивные породы. Реликты первично магматических пород представлены зональными зернами плагиоклаза (центр — олигоклаз Ап^-п, кайма — альбит Ап2.4) и зернами с рекуррентной зональностью (от центра к краю олигоклазовые Апп-19 зоны сменяются альбитовыми Ап2.а). Минеральный состав: плагиоклаз (реликтовые зональные зерна и новообразованный олигоклаз в базисе - АП|4.18) 45-60 %, кварц 25-35 %, биотит (Г=0,47-0,55) 3-7 % и мусковит 5 %. Акцессории -фторапатит, циркон, рудные - магнетит, вторичные - хлорит.

Породы с сохранившимися магматическими структурами представлены мелкозернистыми массивными лейкократовыми жильными трондьемитами аплитовой микроструктуры с участками микропегматита, состоят из альбита (Ап^з) 60-65 % и кварца 35-40 %, рудные - магнетит, вторичные - мусковит и хлорит.

Метадиориты — темно-зеленые мезократовые, массивные или полосчатые породы, гломеробластовой, гетеробластовой иногда пойкилобластовой микроструктуры, состоят из амфибола (эденит п^#=0,55-0,61) 70-75 % и плагиоклаза (андезин Ап31_45) до 30 %. Акцессории - апатит, рудные - рутил и магнетит, вторичные -эпидот и хлорит. Альбитизированные трондьемиты - слабо перекристаллизованные равномернозернистые, среднезернистые массивные породы. Минеральный состав: альбит Ап2.6 до 60-65 %, кварц 25-35 % и биотит (£=0,40-0,41) 5-7 %, КПШ ед.з., акцессории -гранат (Ру4.5А1т59.6|8ре8524_25Апс!1.2Ог09.1о), апатит, циркон, рудные -магнетит, вторичные - хлорит и мусковит. Апотрондьемитовые бластомилониты характеризуются бластомилонитовой структурой, обладают сланцеватостью. Состоят из плагиоклаза (порфироютасты - олигоклаз Ап15_19, в мезостазисе - альбит Ап2.5) 50-55 %, кварца 2530 %, мусковита до 15 % и биотита (Г=0,39-0,43) 5-7 %, акцессории -фторапатит, циркон, гранат (Ру7-9А1т47.498ре5329-з1 And1.3Gro10.14), рудные - магнетит, вторичные — хлорит.

ska

10 KM

Рис. 2. Схема геологического строения Рефтинского массива и аверинского комплекса и их обрамления (по данным ОАО «УГСЭ», 2002; лист-О-41-XXVI с и ОАО «Средне-Уральская ГРЭ», 2001; лист-О-41- XXXII; с упрощениями автора): 1-2 - алапаевский дунит-гарцбургит-габбровый комплекс: 1 - первая фаза, 2 - вторая фаза; 3 - метариолит-базальтовая толща; 4-5 - офиолитовая ассоциация Восточной зоны Среднего Урала: 4 - офиолитовые габбро,

5 - комплекс параллельных долеритовых даек;

6 - белоярская толща; 7 - колюткинская свита; 8-9 - рефтинский габбро-тоналитовый комплекс: 8 - первая фаза (габбро, диориты), 9 - вторая фаза (кварцевые диориты, тоналиты, плагиограниты); 10-12 - аверинский диорит-трондьемитовый комплекс: 10-11 - первая фаза (10 - габбро, 11 - диориты), 12 - вторая фаза (тоналиты, трондьемиты); 13 - терригенно-вулканогенная толща; 14 - рудянская толща; 15 - маминская толща; 16 - объединенная каменская, егоршинская и бурсунская свиты; 17 - бекленищевская свита; 18-21 - некрасовский гранодиорит-гранитовый комплекс: 18-19 - первая фаза (18 - диориты, 19 - кварцевые диориты), (20 - гранодиориты, 22 - каменский гранодиорит-гранитовый комплекс; 23 - покровский субвулканический риолит-трахириолитовый комплекс; 24 - петуховский монцодиорит-лейкогранитовый комплекс; 25 - адуйский гранитовый комплекс.

20-21 - вторая фаза 21 - граниты);

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

Rb Th Nb К Ce Pr P Zr Eu Dy Yb Cs Ba U Ta La Pb Sr Nd Sm Ti Y Lu

Рис. 3. Распределение редких и редкоземельных элементов в долеритах, нормированное на хондрит (А) и примитивную мантию (Б). Залитое поле - долериты Восточной зоны Среднего Урала, 1 - N-MORB; 2-6: средние значения по долеритам: 2 - г. Медведница (Загорско-Задунайская зона, Хорватия) [Slovenec, Ludovic, 2009]; 3 - комплекс Наин (Ц.Иран) [Rahmani et al., 2007]; 4 - о. Корсика (Италия) [Saccani et al., 2008]; 5 - комплекс Семаил (Оман) [Pallister, Knight, 1981]; 6 - сыумкеусский блок (Щучьинский сегмент, Полярный Урал) [Коротеев, Семенов, 2008]. Нормирование на хондрит и примитивную мантию здесь и далее в работе приводится по [Sun, McDonough, 1989].

100

¿L

s 10

"a s

: (La/Yb)n=0.4-1.9 1 А N-MORB

1-1-1- —1_1_1— _1—

100

, Ce Nd Sm Gdnyu Er Yb, La Pr Рш Eu Tb Ho Tm Lu

0.lU_i_

Рис. 4. Распределение редких и редкоземельных элементов в габбро рефтинского комплекса, нормированное на хондрит (А) и примитивную мантию (Б).

0.08

"'Pbf'Pb

0.06

Т = 430 ± 7 млн лет СКВО = 0.099 вероятность конкордантностн = 0.75

I Т= 293 ± 4 млн лет СКВО = 0.96

0.04

Т = 433.7*6.0 млн лет СКВО-0.015 вероятность конкордантностн = 0.90

14 18

Рис. 5. Диаграмма Тера-Вассербурга с конкордией для цирконов из тоналита (Рф-XVII). v

= 396.6±3.6 млн лет СКВО = 0.00038 /вероятность конкордантностн = 0.98

Рис. 6. Диаграмма /U6Pb/238U для цирконов из тоналита (Рф-78).

207pb/235lJ с конкордией

порода/хондрит д

Островодужныс гранитоиды (Чили)

Островодужныс гранитоиды (Ямайка)

е

La Pr

Sm' Gd '

Рш Eu

ThDy ' ¿r ' Yb,' Tb Ho Tm Lu

1000E

порода/примитивная мантия

10=-

1 -

0. IL

f6

Рис. 7. Распределение редких и редкоземельных элементов в трондьемитах диорит-трондьемитового комплекса. Примечание: Адакиты - среднее по 140 пробам [Drummond et al. 1996,]; ТТГ - среднее по 350 пробам тоналит-трондьемит-гранодиоритовых серий (комплекс «серых гнейсов») [Martin, 1994]; Островодужные гранитоиды: Чили (палеозойские гранитоиды Центрально-Чилийского батолита) [Lopez-Eskobar et al., 1979]; Ямайка [Isaacs, 1975]).

0.071 0.069 0.067 0.065 0.063 0.061 0.059

.р 440 /

— _ Х> ,---

1 Р"

420^//У ))

д 400

) N=9

'Г = 419 ± 4 млн лет

ч /. СКВО = 0.37

380/"

/ M,Pb/"5U -1— 1 1

0.09

0.44 0.48 0.52 0.56 0.60

0.08

0.07

0.06

0.05

0.44

0.52

0.60

0.68

Рис. 8. Изотопная U-Pb диаграмма с конкордией Рис. 9. Изотопная U-Pb диаграмма с конкордией по результатам изучения цирконов (SHRIMP-II) (Ав-3-2). (TIMS датирование) цирконов (Ав-3-2)

Породы комплекса имеют низко- и умеренно-калиевый состав и характеризуются известково-щелочным типом дифференциации. Содержание К20 в наименее измененных разновидностях трондьемитов варьирует от 0,9 до 1,6 %. На диаграмме Ab-An-Or [Barker, 1979] кислые породы попадают в поле трондьемитов.

В трондьемитах сумма РЗЭ составляет 31-73 г/т, (La/Yb)N=5-9, характерны отрицательная европиевая аномалия (ДЕи*=0,28-0,65), положительные аномалии по Th, U, Pb и отрицательные no HFSE (рис. 7А и 7Б). По характеру распределения РЗЭ трондьемиты комплекса близки плагиогранитам островных дуг. От адакитов и ТТГ (тоналит-трондьемит-гранодиоритовые серии) изученные трондьемиты отличаются более низкими суммами РЗЭ, низким содержанием Sr, низким (La/Yb)N отношением, и наличием минимума по Ей. По содержанию А120з (11,99-15,99 мае. %), Yb (0,91,3 г/т), Rb (2-24 г/т) и Sr (33-134 г/т), и низкому отношению (La/Yb)N=5-9 трондьемиты близки к «океаническому» типу [Арт, 1983; Колман, Донато, 1983]. На дискриминационных диаграммах [Pearce et ah, 1984] фигуративные точки их составов располагаются в поле гранитов островных дуг.

Ранее возраст пород комплекса на основании результатов К-Аг-датирования (357±8 млн лет) считался позднедевонско-раннекаменноугольным [Покровский и др., 1966]. Исходя из того, что породы перекристаллизованы в процессе метаморфизма, К-Аг-возраст может рассматриваться только как время метаморфических преобразований. Позднее на основе анализа геологических данных высказывалось предположение о среднедевонском [Рапопорт, 1971] и раннедевонском [Корреляция..., 1991] возрасте этих пород.

Средний возраст, полученный по цирконам из трондьемита, составляет 419±4 млн лет (U-Pb метод SHRIMP-II). Для одного зерна возраст составил 390-395 млн лет (рис. 8). При масс-спектрометрическом (TIMS) датировании возраст преобладающей группы цирконов составил 420±4 млн лет, для редких зерен цирконов - 485±5 млн лет и 360±3 млн лет (рис. 9).

Интервал 420-419 ± 4 млн лет рассматривается как время формирования комплекса. Более молодой возраст - 360±3 млн лет близок к опубликованному ранее K-Ar-возрасту (357±8 млн лет), что позволяет интерпретировать возраст 360-357 млн лет как время метаморфизма. Присутствие зерен более древнего (485±5 млн лет)

возраста автор рассматривает как возраст цирконов, захваченных расплавом из вмещающих пород. В пользу этого свидетельствует то, что количество таких зерен в породе невелико, поверхность их корродированна.

Условия кристаллизации гранитных расплавов согласно экспериментальным данным [Платен, 1976; James, Hamilton, 1969; Luth et al., 1964; Stewart, 1967; Tuttle, Bowen, 1958; Yoder, 1967], нормативные составы пород соответствуют составу котектического расплава при давлении Н20 около 1 кбар. На диаграмме (An/(An+Ab+Or) - Q/(Q+Ab+Or)) фигуративные точки составов трондьемитов расположились в диапазоне давлений 1-2 кбар. Для жильных трондьемитов характерна микропегматитовая структура, что указывает на гипабиссальную фацию глубинности их формирования. В микрографической альбит-кварцевой зоне содержание кварца составляет 47 об. %, что соответствует Рн2о~Робщ=1 кбар [Ферштатер, Бородина, 1975]. Параметры (An/(An+Ab+Or) -Q) [Ферштатер, 1987] для кварц-полевошпатовых срастаний жильного микропегматита соответствует давлению воды менее 1 кбар.

Предполагаемое наличие эффузивного комагмата (межевской базальт-андезит-дацит-риолитовый комплекс) [Смирнов и др., 2003], микропегматитовая структура жильных трондьемитов и низкая величина давления воды при формировании пород позволяют отнести трондьемиты аверинского комплекса по [Ферштатер, 1972] к богатым кремнеземом высокотемпературным гранитоидам, образовавшимся из маловодных магм (Н2О 2-4 мае. %).

Сравнение диорит-трондьемитовой ассоциации с петротипом рефтинского комплекса указывает на многочисленные различия.

Диорит-трондьемитовая ассоциация представлена

преимущественно кислыми породами - трондьемитами. В рефтинском комплексе преобладающими типами пород являются габбро и тоналиты. Содержание К20 в трондьемитах аверинского комплекса составляет более 1 мае. %, а в плагиогранитах рефтинского комплекса не более 0,6 мае. %. Породы аверинского комплекса образуют известково-щелочной тренд, а породы рефтинского комплекса промежуточный тип дифференциации между толеитовыми и известково-щелочными сериями.

Наиболее отчетливо различия проявляются по содержанию и характеру распределения большинства редких и РЗЭ в породах кислого состава (рис. 10). В трондьемитах сумма РЗЭ и величина (ЬаАЪ)н отношения выше, чем в плагиогранитах (31-73 г/т и 7-18 г/т и 5-9 и 2-5 соответственно). Кроме того, трондьемитам свойственна отрицательная аномалия по Ей (ДЕи*=0,28-0,65), а плагиогранитам -положительная (ДЕи*=1,53-5,04).

Рис. 10. Распределение редких и РЗЭ в трондьемитах аверинского и плагиогранитах рефтинского комплексов.

Приведенные выше данные изотопно-геохронологических исследований, несмотря на близкий возраст пород этих двух комплексов, все же позволяют предполагать наличие небольшого разрыва во времени их формирования.

Таким образом, по мнению автора, диорит-трондьемитовая ассоциация должна выделяться в качестве самостоятельного петрографического подразделения - аверинского диорит-трондьемитового комплекса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований получены новые данные о вещественном составе силурийских интрузивных комплексов Восточной зоны Среднего Урала, их изотопно-геохронологические характеристики. Показано, что диорит-трондьемитовую ассоциацию следует выделять в качестве самостоятельного петрографического подразделения. Полученные результаты могут быть использованы при проведении региональных геологических исследований и разработке легенд к геологическим картам.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации, статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России:

1. Смирнов В.Н., Иванов К.С., Лобова Е.В., Баянова Т.Б., Ларионов А.Н. Аверинский диорит-трондьемитовый комплекс Востока Урала: новые геолого-геохронологические данные (TIMS и SHRIMP-II) //Доклады Академии наук, 2012. Том 442. № 5. С. 668-672.

2. Лобова Е.В., Смирнов В.Н., Баянова Т.Б. Аверинский диорит-трондьемитовый комплекс Восточной зоны Среднего Урала // Литосфера, 2012. № 3. С. 49-63.

Публикации в других научных изданиях:

3. Лобова Е.В. Эволюция амфибола и апатита из пород рефтинского комплекса (Восточная зона Среднего Урала) // Вестник УрО РМО. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2012. С. 84-87.

4. Лобова Е.В., Баянова Т.Б., Смирнов В.Н. Результаты U-Pb TIMS изотопного датирования цирконов из трондьемитов аверинского комплекса (Восточная зона Среднего Урала) // Ежегодник - 2010. Тр. ИГГ УрО РАН. Вып. 158. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2011. С. 191-193.

5. Лобова Е.В., Смирнов В.Н. U-Pb датировка (SHRIMP-II) трондьемитов аверинского тоналит-трондьемитового комплекса (Восточная зона Среднего Урала) // Ежегодник - 2009. Тр. ИГГ УрО РАН. Вып. 157. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2010. С. 280-282.

6. Лобова Е.В., Смирнов В.Н. Амфиболы параллельных долеритовых даек офиолитовой ассоциации Восточной зоны Среднего Урала // Вестник УрО РМО. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2010. №7. С. 76-79.

7. Лобова Е.В., Смирнов В.Н. Вещественный состав тоналитов рефтинского габбро-тоналитового комплекса (Восточная зона Среднего Урала) // Вестник УрО РМО. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2010. №8. С. 72-79.

8. Лобова Е.В., Смирнов В.Н. Динамометаморфизм пород аверинского плутонического комплекса (Восточная зона Среднего Урала) // Ежегодник - 2011. Тр. ИГГ УрО РАН. Вып. 159. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2012. С. 99-103.

9. Смирнов В.Н., Иванов К.С., Лобова Е.В. Результаты U-Pb-датирования (SHRIMP-II) рефтинского габбро-тоналитового комплекса (Восточная зона Среднего Урала) // Ежегодник - 2009, Тр. ИГГ УрО РАН. Вып. 157. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2010. С. 292-296.

РИЦ Горного университета. 19.02.2013. 3.124 Т.100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Лобова, Екатерина Вячеславовна, Екатеринбург

I Российская академия наук Уральское отделение Федеральное государственное бюджетное учреяедение науки Институт геологии и геохимии им. академика А.Н. Заварицкого

Лобова Екатерина Вячеславовна

I

Силурийский интрузивный магматизм Восточной зоны Среднего Урала

Специальность 25.00.04 — петрология, вулканология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

На правах рукописи

042С1355735

Научный руководитель: кандидат геол.-мин. наук В.Н. Смирнов

Екатеринбург - 2012

Содержание

Введение 3

Глава 1. История изучения исследуемого района 8

Глава 2. Краткий очерк геологического строения исследуемого района 13

2.1. Геологическое строение Восточной зоны Среднего Урала 13

2.2. Геологическое окружение силурийских интрузивных комплексов 14 Глава 3. Комплекс параллельных долеритовых даек офиолитовой 20 ассоциации Восточной зоны Среднего Урала

3.1. Геологическое положение комплекса 20

3.2. Петрография и минералогия пород ' 24

3.3. Петрогеохимическая характеристика пород 29

3.4. Время образования комплекса 33

3.5.Условия образования и преобразования пород комплекса 35 3.5. Геодинамические условия формирования комплекса 37 Выводы 38

Глава 4. Рефтинский габбро-тоналитовый комплекс 39

4.1. Геологическое положение пород комплекса 39

4.2. Петрография и минералогия пород 44

4.2.1. Породы первой фазы 45

4.2.2. Породы второй фазы 62

4.3. Постмагматические преобразования пород 73

4.4. Метаморфизм пород рефтинского комплекса 76

4.5. Изменение состава породообразующих минералов в процессе 83 эволюции комплекса

4.6. Петрогеохимические особенности пород 85

4.7. Результаты изотопного U-Pb датирования пород 100

4.8. Условия образования и преобразования пород 112

4.8.1. Условия генерации исходных магм 112

4.8.2. Условия кристаллизации 112

4.8.3. РТ-параметры метаморфических преобразований 115 Выводы 116

Глава 5. Аверинский диорит-трондьемитовый комплекс 117

5.1. Геологическое положение пород комплекса 117

5.2. Петрография и минералогия пород 121

5.2.1. Породы с магматическими структурами и их реликтами 121

5.2.2. Метаморфизм пород 127

5.3. Петрогеохимическая характеристика пород 137

5.4. Результаты изотопно-геохронологических исследований 147

5.5. Условия образования и преобразования пород 151

5.5.1. Условия кристаллизации < 152

5.5.2. РТ-параметры метаморфизма 156

5.6. Сопоставление пород аверинского и рефтинского комплексов 158 Выводы 164

Глава 6. Характер эволюции: и геодинамические условия формирования 165 силурийских интрузивных комплексов Восточной зоны Среднего Урала

Выводы 169

Заключение 170

Список литературы 172

Приложение 188

Введение

Актуальность исследований. Магматизм восточной окраины Урала, погруженной под чехол Западно-Сибирской плиты, изучен крайне неполно. Основные этапы магматической активности этой части Урала установлены главным образом на основе анализа процессов вулканизма. Достоверные данные о возрасте плутонических пород до последнего времени практически отсутствовали.

Интрузивные образования силурийского возраста представлены в изученном регионе типичными для Урала ассоциациями магматических пород - офиолитами (комплекс параллельных долеритовых даек и комплекс расслоенных габброидов) и габбро-гранитными сериями (рефтинский габбро-тоналитовый и аверинский диорит-трондьемитовый комплексы). Их исследование актуально для дальнейшего развития представлений об эволюции магматизма среднеуральской части Восточной зоны и Урала в целом.

Цель работы: выявление закономерностей эволюции интрузивного магматизма на протяжении силурийского этапа развития Восточной зоны Среднего Урала.

Основные задачи:

1. Изучение минерального состава, петро- и геохимических особенностей плутонических пород силурийского этапа развития Восточной зоны Среднего Урала.

2. Реставрация РТ-условий их образования.

3. Определение возраста пород изучаемых плутонических комплексов.

Научная новизна

1. Впервые на основе детального изучения вещественного состава и изотопного датирования пород надежно обосновано выделение плутонических комплексов силурийского этапа развития Восточной зоны Среднего Урала, установлены последовательность их формирования и характер эволюции магматизма на протяжении этого этапа

2. Аверинская диорит-трондьемитовая ассоциация выделена в качестве самостоятельного петрографического подразделения - аверинского диорит-трондьемитового комплекса.

3. Показано, что формирование рассматриваемой совокупности пород протекало в надсубдукционных условиях.

Практическая значимость. Полученные с применением современных аналитических методов данные о вещественном составе пород силурийских интрузивных комплексов, их изотопно-геохронологические характеристики могут быть использованы в процессе проведения региональных геологических исследований, при разработке легенд к

геологическим картам, а также при сопоставлении характера эволюции интрузивного магматизма разных зон Урала.

Достоверность защищаемых положений, выводов и рекомендаций основана на представительном объеме использованных в работе данных, полученных с применением широкого комплекса методов петрологических исследований как традиционных, так и самых современных. Изотопно-геохронологические исследования выполнены разными методами в двух аккредитованных лабораториях.

Фактический материал и методы исследования. Материал для исследования был отобран автором в течение 2009-2011 гг. Работа основана на изучении 200 петрографических шлифов, 45 геохимических анализов (методом ICP-MS), 132 полных силикатных анализов горных пород, 550 микрозондовых анализов минералов. Использованные в работе геохронологические данные включают одно определение возраста Sm-Nd методом, пять U-РЬ возрастов, полученных по цирконам методом SIMS, и два - методом TIMS.

Для изучения пород и слагающих их минералов применялись современные методы исследования вещества. Силикатный анализ пород проводился рентгеноспектральным методом (СРМ-18, лаб. ФХМИ ИГГ УрО РАН, аналитики Н.П. Горбунова, JI.A. Татаринова, В.П. Власов). Геохимическая характеристика пород основана на результатах анализа содержаний элементов-примесей методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS, ELAN-9000, лаб. ФХМИ ИГГ УрО РАН, аналитики H.H. Адамович, Д.В. Киселева, Н.В. Чередниченко). Химический состав минералов изучен методом рентгеноспектрального электронно-зондового микроанализа (Cameca SX 100, лаб. ФХМИ ИГГ УрО РАН, аналитики Д.А. Замятин и В.В. Хиллер). Измерения изотопного состава Nd, концентраций Sm и Nd проводились на семиканальном твердофазном масс-спектрометре Finnigan - МАТ 262 (RPQ) в статическом двухленточном режиме с использованием рениевых и танталовых лент (лаборатория геохронологии и изотопной геохимии, ГИ КНЦ, г. Апатиты). Изучение U-Pb изотопной системы цирконов проводилось с использованием ионного микрозонда SHRIMP-II (А.Н. Ларионов, ВСЕГЕИ) по стандартной методике [Williams, 1998], а также масс-спектрометрическим методом изотопного разбавления с использованием 205РЬ трассера по методике [Баянова и др., 2007] (Т.Б. Баянова, ГИ КНЦ РАН, Апатиты).

Защищаемые положения 1. Наиболее раннему эпизоду интрузивной активности силурийского этапа развития среднеуральской части Восточной зоны отвечает формирование позднеордовикско-раннесилурийской (446-428 млн лет) офиолитовой ассоциации, представленной комплексом

параллельных долеритовых даек, являющимся результатом задугового спрединга, и комплексом расслоенных габброидов.

2. Следующий по времени формирования рефтинский габбро-тоналитовый комплекс имеет раннесилурийский (435-430 млн лет) возраст. Габброиды этого комплекса являются продуктами кристаллизации водосодержащей базитовой магмы и сформировались в абиссальных условиях, тоналиты и плагиограниты - в мезо- и гипабиссальных условиях. Плагиограниты соответствуют низкоглиноземистому «океаническому» типу и образовались из маловодных магм.

3. Диорит-трондьемитовую ассоциацию, включавшуюся ранее в состав рефтинского комплекса, предлагается выделить в самостоятельный аверинский плутонический комплекс, сформировавшийся в условиях гипабиссальной фации в позднесилурийское время (420-419 ± 4 млн лет). По составу породы аверинского комплекса сопоставимы с островодужными образованиями, а преобладающие в нем трондьемиты близки к низкоглиноземистому «океаническому» типу и являются производными маловодных магм.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на XI Всероссийском петрографическом совещании «Магматизм и метаморфизм в истории Земли» (Екатеринбург, 2010 г), Уральской минералогической школе (Екатеринбург, 2010 г), V Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле (Новосибирск, 2010 г), конференции молодых ученых «Современные проблемы геохимии» (Иркутск, 2011 г), ХП Всероссийских научных чтениях памяти ильменского минералога В.О. Полякова (Миасс, 2011 г), II Всероссийской молодежной конференции «Геология Забайкалья» (Улан-Удэ, 2012 г).

Публикации

По теме диссертации автором опубликовано 17 работ, из них 2 в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав и заключения. Работа изложена на 190 страницах текста, сопровождается 128 иллюстрациями и 87 таблицами. Список цитируемой литературы включает 188 наименований и 3 фондовых отчета. Во введении определены цель и задачи исследования. В первой главе рассмотрена история изучения исследуемого района. Во второй главе приводится краткий очерк геологического строения Восточной зоны Среднего Урала и рассмотрено геологическое окружение силурийских интрузивных комплексов. Третья глава посвящена комплексу параллельных долеритовых даек офиолитовой ассоциации, в ней рассмотрены геологическое положение комплекса, вещественный состав, время и условия образования пород, а также

геодинамические условия формирования комплекса. В четвертой главе рассмотрено геологическое положение пород рефтинского габбро-тоналитового комплекса, их вещественный состав, время и условия образования, а также постмагматические и метаморфические преобразования. В пятой главе освещено геологическое положение пород аверинского диорит-трондьемитового комплекса, их вещественный состав, время, условия образования и метаморфические преобразования; также в ней приведено сопоставление пород аверинского и рефтинского комплексов. В шестой главе интерпретируется характер эволюции и геодинамические условия формирования силурийских интрузивных комплексов Восточной зоны Среднего Урала. В заключении приведены результаты работы и ее практическое значение.

Работа выполнена в лаборатории региональной геологии и геотектоники Института геологии и геохимии УрО РАН под руководством кандидата геол.-мин. наук В.Н. Смирнова, которому автор выражает искреннюю признательность за постоянное внимание и всестороннюю поддержку. Также автор благодарен заведующему лабораторией доктору геол.-мин. наук К.С. Иванову и коллегам по лаборатории к.г.-м.н. Ю.В. Ерохину, к.г.-м.н. B.C. Пономареву, C.B. Берзину за неоценимую помощь и внимание к работе. За выполнение аналитических работ автор признателен аналитикам лаб. ФХМИ ИГГ УрО РАН, в особенности В.В. Хиллер, Д.А. Замятину, Д.В. Киселевой, Н.В. Чередниченко и Н.П. Горбуновой; а также А.Н. Ларионову (ЦИИ ВСЕГЕИ) и Т.Б. Баяновой (ГИ КНЦ РАН). Автор крайне признателен коллегам из лаборатории петрологии магматических формаций д.г.-м.н. Г.Б. Ферштатеру и к.г.-м.н. Н.С. Бородиной за неоценимую помощь в обсуждении результатов и внимание к работе.

Работа выполнена в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг., тема НИР «Типоморфизм циркона россыпей проявлений Умытьинской площади (ХМАО - Югра)». Диссертационные исследования соответствует направлению Программам ОНЗ РАН № 10 «Строение и формирование основных типов геологических структур подвижных поясов и платформ» (проект УрО РАН 09-Т-5-1009 «Структурные связи уральского подвижного пояса и ЗападноСибирской платформы») и РФФИ (грант 11-05-00098-а «Изучение природы сиалических блоков фундамента молодых платформ (состав, строение, история формирования) на примере Западно-Сибирской плиты»), а также были поддержаны президиумом УрО РАН, выделившим молодежные гранты на проведение исследований в 2010 и 2011 гг.

Сокращения, принятые в работе:

н.а. - не анализировалось, н.о. - не обнаружено,

ТТГ - тоналит-трондьемит-гранодиоритовая серия (комплекс «серых» гнейсов),

Ab - альбит, Act - актинолит, Alm - альмандин, Amp - амфибол, An - анортит,

An„- где n содержание анортитового минала в

плагиоклазе,

And - андрадит,

Ар - апатит,

Bt - биотит,

CAB - известково-щелочные базальты,

Chi - хлорит,

Chr - хромит,

Czo - клиноцоизит,

Ed - эденит,

Ер -эпидот

f=(Fe2++Fe3+)/(Fe2++Fe3++Mg) - величина

железистости пород,

Gro - гроссуляр;

Grt - гранат,

НЫ -роговая обманка,

Нет - гематит,

HFSE - высокозарядные элементы, IAT - толеиты островных дуг, Ilm - ильменит,

LILE - крупноионные литофильные элементы, mg# - магнезиальность, Mgt - магнетит,

MORB - базальты срединно-океанических

хребтов,

Ms - мусковит,

OIA - андезиты океанических островов, OIT - толеиты океанических островов; Or - ортоклаз,

ORG - граниты океанических хребтов,

Ph - фенгит,

PI - плагиоклаз,

Рх - пироксен,

Руг - пироп,

Q - кварц,

Rt - рутил,

Spess - спессартин,

syn-COLG - коллизионные граниты,

Thr - торит,

Ttn - титанит (сфен),

VAG - граниты вулканических дуг,

WPG - внутриплитные граниты,

Zr - циркон,

ДЕи* - аномалия по европию.

Глава 1. История изучения исследуемого района

К Восточной, или Алапаевско-Варненской зоне Урала относят область развития вулканогенных и вулканогенно-осадочных образований. Зона протягивается субмеридионально параллельно Тагильской и Магнитогорской зонам, располагаясь восточнее них на 80-100 км (рис. 1) и впервые была выделена В.А. Коротеевым с соавторами [Коротеев и др., 1979].

Вопросами геологии Восточной зоны Среднего Урала в разные годы занимались: A.JI. Анфимов, Н.Я. Анцыгин, Г.Н. Бороздина, В.В. Бочкарев, В.В. Ведерников, Т.В. Дианова, Ю.В. Ерохин, К.С. Иванов, К.К. Золоев, А.П. Карпинский, M.JI. Клюжина,

A.B. Коровко, В.А. Коротеев, А.А.Краснобаев, Б.М. Куплетский, H.A. Кучева, В.Я, Левин,

B.Н. Логинов, И.А. Малахов, А.Г. Мизенс, Г.А. Мизенс, Л.И. Мизенс, В.А. Наседкина, В.М. Нечеухин, В.П. Олерский, Г.А. Петров, П.В. Покровский, B.C. Попов, М.В. Постоялко, A.A. Пронин, М.С. Рапопорт, Ю.Л. Ронкин, В.Н. Смирнов, Г.А. Смирнов, Т.А. Смирнова, И.Д. Соболев, Э.М. Спиридонов, Т.И. Степанова, В.В. Стефановский, П.М. Татаринов, Г.Б. Ферштатер, В.В. Холодное, В.А. Чащухина, И.С. Чащухин, Б.И. Чувашов, М.В. Шурыгина, Р.Г. Язева и другие.

Рис. 1. Схема тектоно-магматического районирования территории восточного склона Среднего Урала [Смирнов и др., 2003]: I - Салатимская зона; II - Платиноносный пояс; III - Тагильская зона; 1У - Верхисетско-Туринска зона; V-VI - выступы кристаллических пород: V - Сапдинский, VI - Сысертско-Ильменогорский; VII - Медведевско-Арамильская зона; VIII - Мурзино-Адуйский кристаллический блок; IX - Восточно-Уральская зона.

Систематическое изучение геологии района началось в 30-40 гг. XX века. В результате геологических съемок, проведенных в это время (А.И. Кротов, Н.Б. Малютин и др.), были получены схематические данные о геологии района. Основное внимание в процессе проведения этих работ было сосредоточено на стратиграфии каменноугольных отложений. В 1947 г. A.A. Прониным была опубликована работа, в которой были кратко рассмотрены вулканическая активность и распространенность вулканогенных толщ в нижнем карбоне на восточном склоне Среднего Урала [Пронин, 1947]. Позже он обобщил результаты многолетних исследований каменноугольных толщ, установил закономерную периодичность в развитии процесса осадконакопления и смене палеогеографической обстановки, показал роль каменноугольного вулканизма [Пронин, 1960].

Приблизительно в это же время Б.М. Куплетским проводились работы по изучению гранитоидных образований восточного склона Среднего Урала [Куплетский, 1947]. В том числе им были описаны гранитоиды Шиловско-Коневского массива с характеристикой состава породообразующих и акцессорных минералов, петрохимии пород, классифицированы граниты района, выделены две интрузивные фазы с описанием их возрастных взаимоотношений. По его представлениям, все гранитоиды района слагают единый массив, являющийся производным двух интрузивных фаз.

В 60-е гг. на большей части Восточной зоны было проведено среднемасштабное геологическое картирование с применением геофизических методов и бурения, а также тематические работы, посвященные палеогеографии девона и карбона, оценке перспектив на медное оруденение. На территории Шиловско-Коневского района (южная часть изученного региона) геолого-съемочные работы проводились с 1962 по 1970 гг. под руководством М.С. Рапопорта. В проц�