ПЕТРОЛОГИЯ, 2011, том 19, № 5, с. 467-492
УДК 549:552.4(470.223)
ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ БАСТНЕЗИТА, АЛЛАНИТА И МОНАЦИТА: ИЗОГРАДА РАЗЛОЖЕНИЯ БАСТНЕЗИТА В МЕТАПЕЛИТАХ ВОРОНЦОВСКОЙ СЕРИИ, ВОРОНЕЖСКИЙ КРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ МАССИВ
© 2011 г. К. А. Савко, Н. С. Базиков
Воронежский государственный университет Университетская пл. 1, Воронеж, 394006, Россия;
e-mail: ksavko@geol.vsu.ru Поступила в редакцию 12.08.2010 г. Получена после доработки 28.02.2011 г.
В палеопротерозойских метапелитах воронцовской структуры присутствует акцессорная минерализация, представленная фосфатами (монацит, ксенотим, REE-апатит), фтор-карбонатами (бастнезит, син-хизит) и силикатом (алланит) редких земель. На основании исследования фазовых равновесий REE минералов установлено, что бастнезит устойчив только в зеленосланцевой фации и разлагается с образованием монацита до ставролитовой изограды при температуре 490—500°С и давлении около 3 кбар. Монацит впервые появляется в зеленосланцевой фации, и его интервал стабильности расширяется с увеличением температуры, включая гранулитовую фацию. Многочисленные реакционные структуры предполагают, что он образуется в гранатовой зоне при реакции бастнезита с апатитом и за счет частичного разложения REE-содержащего хлорита. В гранатовой и ставролитовой зонах монацит появляется при реакции алланита с апатитом и за счет частичного распада REE-содержащего апатита.
ВВЕДЕНИЕ
Акцессорные минералы становятся все более важными компонентами петрологического анализа и все чаще используются в петрологических моделях геологических процессов. Картирование монацит-алланитовой и алланит-монацитовой изоград (Smith, Barero, 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. Так как почти все REE-минералы можно датировать изотопными методами, их участие в метаморфических реакциях является важным фактором для определения возраста метаморфизма.
Как широко распространенный акцессорный минерал метаморфических пород монацит является наиболее часто используемым минералом-геохронометром для датирования процессов метаморфизма. Предложено несколько способов его образования: в результате перекристаллизации детритового монацита (Rasmussen, Muhling, 2007; Wing et al., 2003) и метаморфических реакций в зеленосланцевой фации (Wing et al., 2003; Савко и др., 2010), при появлении ставролита (Smith, Barero, 1990) и алюмосиликатов (Wing et al., 2003). Кроме того, монацит образуется при метасоматических процессах (Smith et al., 1999) и при частичном плавлении и рекристаллизации ранее образованного монацита (Spear, Pyle, 2002). В качестве источника легких редких земель (LREE) для образования монацита при метамор-
физме выступают алланит (Smith, Barero, 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 (Kohn, Malloy, 2004; Corrie, Kohn, 2008). Монацит вместе с ксенотимом и без него может расти при разложении граната (Gibson et al., 2004; McFarlane et al., 2005; Kelly et al., 2006 и др.). В UHT комплексах встречается Ti-LREE силикат перрьерит [(La, Ce, Ca)4(Mg, Fe)2(Ti, Fe)SiO22] (Grew, Manton, 1986; Hokada, 2007).
В палеопротерозойских сланцах и метапесча-никах воронцовской структуры была установлена акцессорная минерализация, представленная фосфатами (монацит, ксенотим, REE-апатит), фтор-карбонатами (бастнезит, синхизит) и силикатом (алланит) редких земель. Эти REE-минералы могут находиться в реакционных взаимоотношениях как друг с другом, так и с породообразующими минералами. В отличие от других метаморфических комплексов наиболее распространенным низкотемпературным REE-минералом является бастнезит, устойчивый только в зеленосланцевой фации.
Настоящая статья посвящена интерпретации структурных взаимоотношений акцессорных REE-минералов и доказательству существования изогра-ды исчезновения бастнезита (Bst-out), совпадающей с изоградой ставролита в метапелитах ворон-цовской серии.
А
о* е Смоленск
^ Тула ■—■0^е1>
100 км
I_I
РК1
3
4
Ш5 Ш 6
2
Рис. 1. Схема структурного районирования докембрийского фундамента ВКМ (Полякова и др., 2006). 1 — палеопротерозойские породы востока ВКМ, 2 — архейские образования Курского блока, 3 — синклинорные структуры Курского блока, выполненные палеопротерозойскими породами (I — Тим-Ястребовская, II — Волотовская, III — Михайловская, IV — Белгородская), 4 — изогипсы абсолютных отметок поверхности докембрийского фундамента: площади картирования метаморфической зональности: 5 — Елань-Эртильская, 6 — Мамонско-Подколодновская.
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ОБСТАНОВКА
Восточно-Воронежская провинция (Ворон-цовский грабен-синклинорий) отделяет Сарматский сегмент докембрийской коры от Волго-Уральского сегмента Восточно-Европейской платформы. Площадь ее распространения составляет более 70000 км2 при ширине 100—150 км и длине более 600 км (рис. 1). С запада Восточно-Воронежская провинция ограничена Лосевско-Мамон-ским глубинным разломом, отделяющим ее от Ли-пецко-Лосевского вулканогенного пояса, с юга Варваринским выступом архейского фундамента. Восточная граница с метаморфическими и грани-тоидными комплексами Волгоуралии точно не установлена из-за высокой мощности фанерозой-ского осадочного чехла. Мощность отложений по сейсмическим данным изменяется от 2—3 км в юго-западной части до 6—8 км в районе Новохоперского глубинного разлома. Литологически эта серия весьма однородна и представляет собой толщу песчаниково-сланцевых флишоидных отложений воронцовской серии, прорванную многочисленными интрузиями палеопротерозойского возраста: дайками сиенитов артюшкинского комплекса, дифференцированными массивами ду-нит-перидотит-габброноритовой формации ма-монского (2080 ± 20 млн. лет (Чернышов и др., 1990)) и пироксенит-норит-диоритовой формации
еланского комплексов (2060 ± 20 млн. лет (Черны-шов и др., 1990)), гранитоидами 8-типа бобровского (2022 ± 3 млн. лет (Бибикова и др., 2009)) и габб-ро-долеритами трапповой формации новоголь-ского комплексов (1805 ± 14 млн. лет (Чернышов и др., 2001)).
Метаосадки воронцовской серии характеризуются контрастными вариациями модельных возрастов ТШ^М) от 2.12 до 2.85 млрд. лет, что указывает на их формирование за счет разрушения как архейских, так и ювенильных палеопротерозойских источников сноса (Щипанский и др., 2007). и-РЬ конкордантный изотопный возраст метаморфизма, определенный по циркону из кристаллических сланцев мусковит-силлиманитовой зоны (скважина 8240), составляет 2104 ± 4 млн. лет (Бибикова и др., 2009). Таким образом, все интрузии внедрялись в уже метаморфизованные породы воронцов-ской серии.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Все изученные образцы представляют собой керн скважин, детально описанный при проведении полевых работ. Из образцов были изготовлены прозрачно-полированные шлифы, изученные сначала оптически, а затем на растровом электронном микроскопе Jeol 6380 LV с энерго-дис-
персионным анализатором INCA 250 (ВГУ). REE-минералы идентифицированы с помощью оптической микроскопии и в отраженных электронах. Количественные анализы выполнены с использованием синтетических стандартов REE (табл. 1). Условия локальных анализов минералов, проводимых на микроскопе Jeol 6380 LV (ВГУ): ускоряющее напряжение 20 кВ, ток поглощения электронов на Си 1—2 нА, диаметр зонда 200 нм, фокусное расстояние 10 мм.
Малые и редкие элементы определяли 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. Разложение образцов пород и монофракций минералов проводили путем кислотного вскрытия в закрытой системе. Контроль химического выхода при проведении процедуры разложения образцов осуществляли с помощью 161Dy. Согласно этому контролю, полнота разложения образцов составляла от 100 до 64%, вероятно, за счет неразложившегося углеродистого вещества, что визуально фиксируется по присутствию в образцах после разложения различных количеств черного осадка. Пределы обнаружения для REE, Hf, Ta, Th, U составляли 0.02— 0.03 ppm, для Nb, Be, Co - 0.03-0.05 ppm, для Li, Ni, Ga, Y — 0.1 ppm, для Zr — 0.2 ppm, для Rb, Sr, Ba — 0.3 ppm, для Си, Zn, V, Cr — 1—2 ppm. Правильность анализа контролировали путем измерения российского стандартного образца метаморфического сланца ССЛ-1 (ГСО 3191-85). Относительное стандартное отклонение для всех элементов не превышало 0.3 при измерении содержания этих элементов до 5 х ПО и не превышало 0.15 при измерении содержания >5 х ПО.
ХАРАКТЕРИСТИКА ПОРОД ВОРОНЦОВСКОЙ СЕРИИ
В строении толщи воронцовской серии принимают участие несколько типов метаосадков.
Метапесчаники светло-серые, мелко до сред-незернистых характеризуются бластопсаммито-вой структурой, массивной, реже полосчатой текстурой и размерами зерен от 0.1 до 0.3 мм (рис. 2а). Псаммитовый материал представлен обломками кварца до 55—60%, плагиоклаза (аль-бит-олигоклаз) — до 40%, единичными обломками кремнистых, кварцитовидных и туфогенных пород. Форма зерен изометричная, уплощенная, часто с неровными контурами и острыми углами. Цемент перекристаллизован в микрогранобла-стовый агрегат и состоит из кварца, плагиоклаза, биотита, хлорита, реже встречается мусковит.
Таблица 1. Эталоны, использованные при количественном анализе REE-содержащих минералов на растровом электронном микроскопе Jeol 6380 LV с энергодисперсионным анализатором INCA 250 (ВГУ)
Элементы Эталоны
Y Y
La LaB6
Ce CeÜ2
Pr PrF3
Nd NdF3
Sm SmF3
Eu EuF3
Gd GdF3
Tb TbF3
Dy DyF3
Ho HoF3
Yb YbF3
Th ThÜ2
U UÜ2
Сланцы серые, темно-серые характеризуются лепидобластовыми, порфиробластовыми структурами (рис. 2б), сланцеватыми, полосчатыми, иногда плойчатыми текстурами. В их составе присутствуют: кварц — 30—50%, плагиоклаз — 0—15%, биотит — 25—50%, мусковит — 0—10%, в меньших количествах установлены хлорит, андалузит,
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.