Введение к работе
Актуальность темы. Вопросы геологического строения Горной
Шории до сих пор остаются остро дискуссионными. В первую очередь,
это касается проблемы возраста, происхождения и тектонической
позиции метаморфических комплексов, представленных амфиболитами,
кристаллическими сланцами, мраморами, гнейсами, мигматитами и
огнейсованными гранитами Томского выступа. Исторически сложились
две точки зрения на их возраст и происхождение. Согласно первой - это
раннедокембрийские образования (Чураков, 1927; Монич, 1938; Додин,
1948; Кузнецов, 1954; Лепезин и др, 1975; Геологическая..., 1977;
Хомичев и др., 1996), согласно второй - они связаны с локальным
метаморфизмом и гранитизацией раннепалеозойских толщ в зоне
Кузнецко-Алатауского глубинного разлома (Хоментовский, I960;
Долгушин, 1969; Долгушин, Амшинский, 1976). При этом
многочисленные К-Аг- данные дают широкий разброс значений от
протерозоя до мезозоя с максимумами 450, 360, 270, 220 и 170 млн лет
(Кляровский, 1972). В диссертационной работе предпринята попытка
комплексного петрологического, изотопно-геохимического и
геохронологического исследования метаморфических образований
Томского выступа и его складчатого обрамления. Актуальность этого
исследования обусловлена не только дискуссионност'ью вопросов
метаморфизма Горной Шории, но и представляет интерес для решения
некоторых общих проблем геодинамики Центрально-Азиатского
складчатого пояса (ЦАСП). В современных геодинамических
реконструкциях ЦАСП глубокометаморфизованные образования Горной
Шории рассматриваются либо в составе докембрийского сиалического
фундамента Томского микроконтинента (Зоненшайн и др., 1990; Берзин
и др., 1994; Шенгер и др., 1994), либо - как фрагмент аккреционных
структур салаирид, заложившихся на океаническом основании
(Моссаковский и др., 1993; Диденко и др., 1994). Полученные новые
данные свидетельствуют в пользу второй точки зрения и одновременно
позволяют детализировать геодинамические реконструкции региона для
позднедокембрийского-раннепалеозойского времени. Другой
актуальной проблемой является выделение томского комплекса метаморфического ядра позднепалеозойского-раннемезозойского возраста. Проблема «молодого» фанерозойского метаморфизма, одними из первых поднятая для Центральной Азии Е.В.Скляровым (1994), В.С.Федоровским и др. (1995) а для Памиро-Гималаев - Б.Р.Пашковым, В.И.Будановым (1990) и А.Г.Владимировым (1992), позволяет
отказаться от традиционного рассмотрения всех глубокомета-морфизованных комплексов внутриконтинентальных складчатых поясов в качестве выступов докембрийского фундамента. Некоторые из них, в том числе томский комплекс метаморфического ядра, являются важными петрологическими индикаторами коллизионного и постколлизионного этапов фанерозойского тектогенеза (Скляров и др., 1997; Плотников и др., 1997; Скляров, Владимиров, 1998).
Цель и задачи исследования. Цель данной работы - на основе геологических, геохимических, изотопно-геохронологических и петрологических исследований дать типизацию разновозрастных метаморфических комплексов Томского выступа и рассмотреть их индикаторную роль для палеогеодинамических реконструкций. В ходе выполнения работы автором решались следующие задачи.
-
Обобщение материалов по геологической позиции, строению и минералого-петрографическим особенностям метаморфических комплексов Горной Шории, их сравнительный анализ, расчленение и выявление диагностических признаков.
-
Реконструкция субстрата и выявление основных тенденций в поведении петрогенных, редких и редкоземельных элементов как в пределах отдельных метаморфических блоков, так и при их сравнении друг с другом. Sm-Nd-изотопная систематика и геохимическая характеристика наиболее древних метабазитов в регионе.
-
Реконструкция метаморфической истории Томского выступа на основе традиционных петрографических и минералогических методов исследования.
-
Определение радиологического возраста (U-Pb, Sm-Nd, Ar-Ar-изотопные методы) петротипов метаморфических комплексов.
-
Синтез геологических, геохимических, геохронологических и структурно-петрологических данных с построением петрогенетических моделей формирования метаморфических комплексов и их геодинамической интерпретацией.
Объекты исследований. В качестве объектов исследования были выбраны: разрезы конжинского амфиболитового комплекса (Конжинский блок) и терсинского комплекса зеленых сланцев (Амзасский блок) по р.Томь, Ташелгинский блок (в бассейнах р.Ташелга и р.Бол.Майзас), Сыйзасский блок (район руч.Сыйзас и Тайзагзыг, в среднем течении р.Мрассу). Расположение этих участков в пределах Горной Шории показано на геологической схеме (рис. 1.).
Фактический материал и методы исследований. Основой
диссертации послужили материалы, собранные в ходе полевых
исследований 1991-1997 гг. Во время полевого сезона 1991 г. автор
участвовал в геолого-съемочных работах масштаба 1:50 000 в составе
отряда С.А.Родченко (ГП «Запсибгеолсъемка»), в течение 1993-1994 гг.
большинство полевых и камеральных исследований проводились
автором в качестве соисполнителя проекта ОИГГМ СО РАН -
Южсибгеолком «Петролого-геохронологическое исследование
магматических и метаморфических комплексов западной части Алтае-Саянской области» (№13-93-96/1), при участии А.С.Гибшера, А.Г.Владимирова, А.Э.Изоха, С.А.Каргополова, А.П.Пономаревой. Дальнейшие полевые работы и геодинамическая интерпретация всего комплекса данных проводились в рамках проекта РФФИ «Комплексы метаморфических ядер Алтае-Саянской области, их индикаторная роль и геодинамическая природа» (№96-05-66227).
Лабораторные исследования включали просмотр и петрографическое описание шлифов (1000 шт.), определение петрогенных (350 ан.), редких (20 ан.) и редкоземельных элементов (20 ан); радиологическое определение возрастов (U-Pb, Sm-Nd и Ar-Аг-изотопные методы), определение изотопных отношений Sm и Nd в валовых пробах (15 ан.), а также микрозондовое изучение минералов (500 ан.).
Анализы были выполнены в Аналитическом центре ОИГГМ СО РАН, г.Новосибирск (рентгено-флюоресцентный анализ - А.Д.Киреев; атомно-абсорбционный анализ - И.Ю.Иванченко; нейтронно-активационный инструментальный анализ - С.Т.Шестель, В.С.Пархоменко, В.А.Бобров; рентгеноспектральный микроанализ минералов - Е.Н.Нигматулина; Ar-Ar-масс-спектрометрический анализ -А.В.Травин, В.А.Пономарчук). Анализ изотопных отношений Sm и Nd выполнен Д.З.Журавлевым (ИГЕМ РАН, г.Москва), определение возраста U-Pb-изотопным методом по цирконам - Е.В.Бибиковой (ГЕОХИ РАН, г.Москва).
Научная новизна и практическая значимость. Впервые выделены, петрологически и геохронологически обоснованы главные этапы метаморфизма в Горной Шории. Установлено, что наиболее древние метаморфические образования относятся к океанскому этапу эволюции коры (поздний рифей - ранний венд), а самые молодые к внутриконтинентальному этапу (поздний палеозой - ранний мезозой). Дано их расчленение, показана специфика структурно-петрологической
эволюции и выявлены характерные РТ-тренды метаморфизма на каждом этапе тектогенеза. Проведено изотопное датирование основных метаморфических событий. Охарактеризован химизм метаморфических пород и проведена реконструкция их первичной природы.
В фундаментальном плане важным результатом является вывод о том, что древнейшие образования Томского выступа имеют неопротерозойский возраст. Эти данные подтверждаются Sm-Nd-изотопным датированием амфиболитов конжинского комплекса, а также определением модельных Nd-возрастов протолитов по гранитоидам Горной Шории (Бабин и др., 1996; Владимиров и др., 1998). Впервые для западной части Алтае-Саянской складчатой области дана характеристика комплекса метаморфического ядра шотландского типа, включающая структурно-метаморфические, геохимические и изотопно-геохронологические исследования. Полученные данные вошли в серийную легенду Госгеолкарты-200 (Кузбасская серия) и использованы при палеогеодинамических реконструкциях Горной Шории, представляющей собой один из наиболее важных железорудных районов Южной Сибири.
Основные защищаемые положения:
1. Амфиболиты конжинского комплекса по составу отвечают
современным базальтам от N- до E-MORB-типов. Они относятся к
древнейшим образованиям Горной Шории и имеют неопротерозойский
возраст (Т=694±43 млн лет, Sm-Nd изохронный метод).
-
Первичный субстрат для амфиболитов конжинского комплекса и ташелгинской серии, а также зеленых сланцев терсинского комплекса, судя по особенностям изотопно-геохимического состава, отвечал единой генетической ассоциации, представленной базальтоидами MORB- и ОІВ-типов. Метаморфическая история этих пород резко отличалась в пространственно разобщенных блоках: в Конжинском -сохранились признаки первичного океанского метаморфизма неопротерозойского возраста (эпидот-амфиболитовая фация), в Амзасском - зеленосланцевый метаморфизм имеет доордовикский возраст, в Сыйзасском и Ташелгинском - пик метаморфизма (амфиболитовая фация) был достигнут только в позднем палеозое.
-
Амфиболиты, кристаллосланцы и мигматиты ташелгинской серии, сиенитоиды барсуковского, гранитоиды томского и порожинского комплексов принадлежат к единому позднепалеозойскому-раннемезозойскому тектономагматическому циклу (320-210 млн лет; U-
Pb-изотопный метод по цирконам, Rb-Sr-, Ar-Ar-методы). Метаморфизм, сопровождавшийся анатексисом, достигал здесь уровня силлиманит-калишпатовой ступени амфиболитовой фации (Р=5-7 кбар, Т=650-750С).
4. Метаморфические комплексы Горной Шории отражают две индикаторные геодинамические обстановки. Первая обстановка связана с океанским этапом развития региона, R3-V1 (поднятие исландского типа в спрединговом центре, сформированное либо в открытом океане, либо в задуговом бассейне). Вторая обстановка - с внутриконтинентальным этапом PZ3-MZ,, когда заложилась Кузнецко-Алатауская крутопадающая сдвиговая зона вязкопластичного течения («shear zone») и был сформирован комплекс метаморфического ядра шотландского типа.
Апробация работы и публикации. По теме диссертации автором опубликовано 11 работ, 3 статьи находятся в печати. Основные положения диссертации апробированы на региональной научно-практической конференции "Новые данные о геологии и полезных ископаемых западной части Алтае-Саянской горной области" (г.Новокузнецк, 1995), на конференциях РФФИ: XVI региональной конференции молодых ученых "Структурная и вещественная эволюция Центрально-Азиатского складчатого пояса" (г.Иркутск, 1995), «Геодинамика и эволюция Земли» (г.Новосибирск, 1996 г.), «Науки о Земле на пороге XXI века: новые идеи, подходы, решения» (г.Москва, 1997 г.), а также на XXXI Тектоническом совещании «Тектоника и геодинамика: общие и региональные аспекты» (г.Москва, 1998). Основные данные по метаморфизму Горной Шории, в том числе авторские, вошли в легенду Кузбасской серии листов Госгеолкарты-200 (1998 г.).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Текст изложен на 118 машинописных страницах, сопровождается 73 рисунками и 30 таблицами. Библиография включает 177 наименований.