Введение к работе
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-апланитовой 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 электронно-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; Dahl 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 воронцовскои 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 воронцовскои 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 воронцовскои 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: 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 равновесия 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 рабоге 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 (ИЕЕМ РАН, г. Москва).
Датирование метаморфизма Th-U-Pb методом производилось на микрозонде Cameca 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:
-
Показано широкое участие REE-минералов в метаморфических реакциях с увеличением температуры и давления.
-
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 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.
