Геохимия, происхождение и возраст метамагматических пород ранней сиалической коры Алданского щита

Актуальность исследований
Происхождение и состав земной коры является фундаментальной проблемой
геологии. Особую значимость представляют ранние этапы ее становления, которым
отвечают глубоко метаморфизованные породы фундамента кратонов. К настоящему времени
по этой проблеме накоплен значительный геологический, геохимический и изотопно-
геохронологический материал, однако многие вопросы ранней истории Земли остаются
дискуссионными. В составе структур фундамента кратонов выделены гранулит-гнейсовые и
гранит-зеленокаменные области, характер взаимоотношения которых до сих пор
окончательно не решен, как не решены и вопросы исходного состава слагающих эти области
метаморфических комплексов, что в особенной мере относится к гранулит-гнейсовым
областям. Решение этих проблем требует поставновки детальных геохимических
исследований метаморфических пород гранулит-гнейсовых и гранит-зеленокаменных
областей кратонов по единой методике.
Имеющиеся в настоящее время материалы свидетельствуют, что ранняя сиалическая
кора не состоит из тоналит-трондьемит-гранодиоритовых (TTG) гнейсов интрузивного
происхождения, как принято считать, а имеет более сложный состав и представлена толщей
супракрустального типа, сложенной, главным образом, исходными андезитами и дацитами
известково-щелочной серии и одновозрастными, подчиненными им, вулканитами коматиит-
толеитовой серии, с присутствием осадочных пород. Подробный тип исходного состава
ранней сиалической коры, заложенный еще в эоархее (Гренландский щит) характерен для
всех архейских кратонов. Формирование вышеуказанной ассоциации одновозрастных
магматических протолитов ранней сиалической коры не может быть удовлетворительно
объяснено субдукцией океанических плит и потребовало привлечения другого механизма,
предусмотренного концепцией плюмового мантийного магматизма.
В металлогеническом отношении сиалическая нижняя кора рассматривается как
потенциальный источник рудного вещества месторождений U, Th, Au, связанных с
гранитоидами посткратонной стадии, а содержащиеся в ней базит-гипербазитовые
протолиты представляют интерес на сульфидное Cu-Ni-Pt оруденение.
Ключевое значение при исследовании происхождения ранней сиалической коры
имеет целенаправленное комплексное геохимическое, изотопно-геохимическое и
петрологическое изучение исходных магматических пород фундамента древних щитов в их
главных структурах: гранулит-гнейсовых и гранит-зеленокаменных областях. В данной
работе с этой целью рассматривается Алданский щит, который является крупнейшим
выступом фундамента Сибирской платформы.
Цели и задачи исследований.
Основная цель выполненных исследований: установить геохимическую специфику и
происхождение магматических протолитов ранней сиалической коры Алданского щита,
определить этапы ее становления. Для достижения цели решались следующие задачи:
1. На основе геохимических особенностей раннекоровых пород
супракрустальных метаморфических комплексов гранулит-гнейсовых и гранит-
зеленокаменных областей Алданского щита установить их магматические протолиты.
2. Установить принадлежность исходных магматических пород ранней
сиалической коры к определенным петрохимическим сериям, выявить их
геохимические особенности и источники магматических расплавов.
3. Оценить возраст каждого из нижнекоровых метаморфических
комплексов.
Фактический материал и аналитические методики.
В основу работы положены материалы, собранные автором за период работы с 2003
по 2008 год в составе лаборатории физико-химической петрологии и с 2008 по настоящее
время в лаборатории аналитической химии ДВГИ ДВО РАН. Работы проводились по
плановым темам НИР ДВГИ ДВО РАН и по проектам РФФИ и ДВО РАН (06-05-96-106, 03-
А-08-102, 06-05-96-057, 09-2-УО-08-004, интеграционные проекты ДВО РАН, СО РАН, УРО
РАН 09-II-СУ-08-003, 12-II-СУ-08-009). Также использованы материалы и коллекции
образцов, собранные коллегами по лаборатории физико-химической петрологии
М.А.Мишкиным, О.В.Авченко (по Сутамскому блоку Алданского щита), А.М.Ленниковым,
Р.А.Октябрьским (по Джугджурскому блоку и Батомгской гранит-зеленокаменной области
Алданского щита). Кроме того, была обработана коллекция образцов по Олекминской
гранит-зеленокаменной области, любезно предоставленная А.П.Смеловым и
В.И.Березкиным.
В ходе работы над диссертацией были проанализированы опубликованные к
настоящему времени результаты геологических, геохимических и изотопно-геохимических
исследований по разновозрастным раннедокембрийским супракрустальным
метаморфическим комплексам Алданского щита.
Методы исследований включали как широкий круг современных аналитических методов, так
и традиционные геохимические и петрографические исследования. Весь объем каменного
материала был исследован по следующим позициям: 1. петрографическое изучение шлифов
(около 2000 шт.), 2. петрохимические исследования пород (около 1000 обр.), 3. определение
состава минералов на рентгеновском микроанализаторе JXA-8100, (около 30 обр.) 4.
геохимическое изучение образцов пород с использованием ICP-MS (метод индукционно-
связанной плазмы с масс-спектрометрическим окончанием) для анализа на
породообразующие окислы и примесные элементы (около 1000 анализов).
Обработка петрогеохимических и изотопно-геологических данных и моделирование
проводилось на персональном компьютере с использованием пакетов программ для ОС
Windows Vista и прикладных геохронологических и петрологических программ.
Исследования проводились на базе лабораторий Аналитического центра Дальневосточного
геологического института ДВО РАН, в лаборатории изотопных исследований Института
земной коры СО РАН (Иркутск) и Центре изотопных исследований ВСЕГЕИ (Санкт-
Петербург). Для изотопно-геохронологических исследований цирконов в лаборатории
аналитической химии ДВГИ ДВО РАН был освоен под руководством автора U-Pb локальный
метод LA-ICP-MS на масс-спектрометре с индуктивно связанной плазмой Agilent 7500a,
соединенном с системой лазерной абляции образца UP-213. Геохронологические результаты
по цирконам обрабатывались автором с помощью программ «Glitter v. 4.4.2» (Access
Macquarie Ltd), отношения нормализовались на соответствующие значения изотопных
отношений стандартных цирконов TEMORA-2 и 91500, возраст которых принят равным
416.8 и 1065.4 млн лет соответственно. Диаграмма с конкордией строилась с
использованием программы «Isoplot/Ex v. 3.00». Для 30 образцов были проведены Sm-Nd
изотопные исследования по валовым пробам и U-Pb геохронологические исследования с
привлечением классического U-Pb изотопного метода по микронавескам циркона.
Исследования проводились в изотопной лаборатории Кольского НЦ (г.Апатиты) и в Цетре
изотопных исследования ВСЕГЕИ (несколько Sm-Nd определений).
Расчет Р-T параметров метаморфизма производился с использованием минеральных
геотермобарометров и привлечением материалов компьютерного моделирования физико-
химических условий минералообразования на программном комплексе «Селектор». Кроме
того, петрологические исследования включали модельные расчёты Р-Т параметров
образования исходных андезит-дацитовых ассоциации и ультраосновных расплавов ранней
коры, выполненные на основе известных в литературе экспериментов (Вольф, Уайли, 1993,
Sen, Dunn, 1994, Nisbet et al., 1993, McKenzi, Bicle, 1988, Scarrow, Cox, 1995)
Научная новизна работы и практическое значение.
Научная новизна работы заключается в следующем.
Установлена важная закономерность, заключающаяся в том, что исходный состав
магматических протолитов архея и раннего протерозоя ранней сиалической коры
Алданского щита представлен андезит-дацитовой ассоциацией известково-щелочной
петрохимической серии и подчиненными ей вулканитами коматиит-толеитовой серии.
Установлено, что андезит-дацитовая ассоциация исходных магматических протолитов
ранней сиалической коры Алданского щита отличаются от средне-кислых вулканитов
современных внутриокеанических островных дуг обогащением LILE, U, Th и LREE.
Исходные коматииты ранней коры Алданского щита отличаются от меловых
коматиитов Тихого океана обогащением LILE, U, Th и LREE, что свидетельствует об
изначальном геохимическом отличии раннедокембрийской мантии от современной мантии
Тихого океана.
Выполненными изотопно-геохронологическими исследованиями установлено, что
ранняя сиалическая кора восточной части Алданского щита относится к раннему
протерозою, а не к архею, как считалось ранее.
Впервые образование магматических протолитов ранней сиалической коры
Алданского щита рассмотрено на основе концепции мантийных плюмов.
Выявленная временная последовательность формирования ранней сиалической коры
может быть использована для составления и уточнения легенд к геологическим картам
нового поколения м-ба 1:200000 и 1:1000000 докембрия Алданского щита. Полученные
результаты могут быть использованы при геохимическом районировании
раннедокембрийских образований как Алданского щита, так и других выступов фундамента
Сибирской платформы – Анабарского щита, Шарыжалгайского и Ангаро-Канского
поднятий.
Результаты работы позволят уточнить поисковые признаки месторождений U, Th, Au,
связанных с гранитоидами посткратонной стадии, а базит-гипербазитовые протолиты
представляют интерес на сульфидное Cu-Ni-Pt оруденение.
Материалы диссертации используются в образовательных программах бакалавриата и
магистратуры направления «Геология» в Дальневосточном федеральном университете.