ПЕТРОЛОГИЯ, 2010, том 18, № 4, с. 402-433
УДК 549:552.4(470.323)
ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МИНЕРАЛОВ ПРИ МЕТАМОРФИЗМЕ УГЛЕРОДИСТЫХ СЛАНЦЕВ ТИМ-ЯСТРЕБОВСКОЙ СТРУКТУРЫ, ВОРОНЕЖСКИЙ КРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ МАССИВ © 2010 г. К. А. Савко, Е. Х. Кориш, С. М. Пилюгин, Т. Н. Полякова
Воронежский государственный университет Университетская пл. 1, Воронеж, 394006, Россия; e-mail: ksavko@geol.vsu.ru Поступила в редакцию 20.10.2009 г.
Получена после доработки 15.02.2010 г.
В палеопротерозойских углеродистых сланцах Тим-Ястребовского палеорифта, претерпевших зональный метаморфизм при 350—550°С, установлена редкоземельная минерализация, представленная силикатами — алланит, торит; церфосфорхаттонит; фтор-карбонатами — бастнезит, синхизит; фосфатами — монацит, ксенотим, REE-содержащий апатит. Широкое развитие бастнезита, как и других REE минералов, обусловлено относительно высокими содержаниями REE в сульфидно-углеродистых сланцах, которые накапливались при седиментации и диагенезе на органическом веществе. Наличие реакционных структур с участием REE-содержащего хлорита, бастнезита и алланита позволяет предполагать, что именно REE-содержащий хлорит и бастнезит являлись источниками REE для образования более высокотемпературных алланита и монацита. Это подтверждается распределением REE в монаците, алланите и бастнезите, которые почти не отличаются друг от друга и характеризуются резким преобладанием легких REE. Смена REE минералов при зональном метаморфизме в диапазоне 350—550°С происходила в результате серии последовательных переходов: (1) Mnz —*• Aln, Chl^^ —»- Bst, Chl-g^ —Aln, Bst —»- Aln и (2) Bst —«- Mnz, ApLREE —*- Mnz, интерпретируемых проградными метаморфическими реакциями.
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. Исследование парагенезисов акцессорных, прежде всего редкоземельных, минералов при метаморфизме началось совсем недавно, причем интерес к ним обусловлен быстро развивающимися методами химического in situ (CHIME) и локального изотопного (SHRIMP) датирования возраста метаморфических событий по монациту, ксенотиму, ториту, алланиту, сфену, баст-незиту и другим минералам, которые могут содержать в заметных количествах Th, Pb и U.
Реакции роста и разложения редкоземельных минералов при метаморфизме изучены пока еще слабо. Существуют две точки зрения: (1) образование и разложение редкоземельных фаз при метаморфизме происходит без участия породообразующих алюмосиликатов, практически не содержащих редкоземельных элементов (REE); (2) REE минералы (главным образом, монацит и ксенотим) образуются как побочные продукты реакций с участием алюмосиликатов (гранат, андалузит, ставролит, хлорит и др.) при высвобождении REE (Spear, Pyle, 2003), содержащихся в них на уровне десятков ppm.
Из реакций без участия алюмосиликатных фаз в метапелитах детально задокументировано появление алланита при разложении детритового монацита в условиях зеленосланцевой фации (Smith, Barero, 1990; Wing et al., 2003), смена парагенезиса флорен-сита с монацитом ассоциацией алланита с синхизи-том при HP-LT метаморфизме (Janots et al., 2006), высокотемпературное замещение алланита метаморфическим монацитом в эпидот-амфиболитовой фации (Wing et al., 2003; Janots et al., 2008; Janots et al., 2009; Tomkins, Pattison, 2007 и др.). Образование монацита при частичном разложении REE апатита в высокобарических породах Богемского массива описано в (Finger, Krenn, 2007), по апатиту и сфену в кордиерит-ортоамфиболовых гнейсах Манитуэйдж (Онтарио) (Pan, 1997) и ортогнейсах Рогаланд в Юго-Западной Норвегии (Bingen et al., 1996).
Вторая точка зрения предполагает, что существенные количества легких редкоземельных элементов (LREE) и фосфора могут содержать обычные силикаты, при разложении которых в отсутствии низкотемпературных редкоземельных минералов (REE минералов) образуется монацит (Lanzirotti, Hanson, 1996; Kohn, Malloy, 2004; Gibson et al., 2004). Это заключение основано на резком увеличении количества монацита с появлением ставролита и измерении содержаний LREE и фосфора в гранате, плагиоклазе, биотите, мусковите и хлорите, достигаю-
PR, 1
2
3
4
Рис. 1. Схема структурного районирования докембрийского фундамента ВКМ.
1 — палеопротерозойские породы Воронежского блока, 2 — архейские образования Курского блока, 3 — синклинорные структуры, выполненые палеопротерозойскими породами (I — Тим-Ястребовская, II — Волотовская, III — Михайловская, IV — Белгородская), 4 — изогипсы абсолютных отметок залегания поверхности докембрийского фундамента.
щих десятки ppm, тогда как в ставролите эти компоненты не установлены (Kohn, Malloy, 2004). Рост монацита и ксенотима за счет частичного разложения граната в метапелитах был описан в Канадских Кордильерах (Gibson et al., 2004) и при контактовом метаморфизме в Северном Лабрадоре (Mc-Farlane et al., 2005).
В палеопротерозойских углеродистых сланцах Тим-Ястребовской структуры Воронежского кристаллического массива (ВКМ) была установлена акцессорная минерализация, представленная фосфатами (монацит, ксенотим, REE апатит), фтор-карбонатами (бастнезит, синхизит) и силикатами (алланит, церфосфорхаттонит, торит) редких земель. Эти REE минералы могут находиться в реакционных взаимоотношениях как друг с другом, так и с хлоритом, образующим обособления (кластеры) в углеродистых сланцах.
Настоящая статья посвящена интерпретации структурных взаимоотношений REE-содержащих минералов в углеродистых метапелитах Тим-Ястре-бовской структуры с целью реконструкции последовательности реакций образования, роста и разложения минеральных фаз при низко- и среднетемпера-турном зональном метаморфизме.
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ОБСТАНОВКА
Тим-Ястребовская структура является одной из наиболее крупных палеопротерозойских синформ в пределах ВКМ. Ее протяженность с северо-запада на юго-восток составляет 130 км при ширине 10—
30 км, глубина, по геофизическим данным, оценивается в 5—8 км (рис. 1). В геодинамическом отношении структура представляет собой внутриконти-нентальный рифт, заложившийся в палеопротерозое на неоархейской протоплатформе.
В геологическом строении Тим-Ястребовской структуры и ее обрамления принимают участие образования архея и палеопротерозоя (рис. 2). Архейские породы слагают обрамление Тим-Ястребовской структуры и представлены мощными толщами высо-кометаморфизованных осадочных и вулканогенно-осадочных образований обоянского комплекса и михайловской серии. Сама Тим-Ястребовская структура выполнена палеопротерозойскими породами курской и перекрывающей ее оскольской серии.
Отложения курской серии распространены по всему юго-западному борту структуры, а также на ее северо-западном и юго-восточном замыкании и представлены преимущественно метапелитами и метапсаммитами стойленской свиты и мощными толщами магнетитовых кварцитов с прослоями сланцев коробковской свиты, мощностью около 1000 м и более. Точный возраст железорудного осад-конакопления курской серии неизвестен. Нижняя возрастная граница определяется подстилающими отложения курской серии калиевыми риолитами лебединской свиты неоархея (изотопный и-РЬ возраст по циркону 2590 ± 44 млн. лет (Щербак и др., 1992)). Ее верхний возрастной предел можно оценить по возрасту перекрывающих кислых вулканитов в Михайловской синформе — около 2170 млн. лет (Артеменко, 1998).
ЛК.,оЪ
1 ЛЯ^ть! ишПииш
5 ря
6 р^ЧШз 7 ^РЯ^ 8
9 нруРЯ1о10 еуЛК^аП
Рис. 2. Схематическая геологическая карта Тим-Ястребовской структуры.
1 — обоянский комплекс (гнейсы, гранито-гнейсы, мигматиты, гранулиты, амфиболиты); 2 — Михайловская серия (сланцы двуслюдяные и хлоритовые, амфиболиты, коматииты, риолиты, дациты); 3—4 — курская серия: 3 — стойлен-ская свита ( метапесчаники, кварциты, сланцы филлитоподобные и слюдяные); 4 — коробковская свита (жезелезистые кварциты, сланцы филлитовидные и слюдяные); 5—7 — оскольская серия: 5 — роговская свита (сланцы кварц-биоти-товые, кварц-серицитовые, доломиты, мрамора); 6—7 — тимская свита: 6 — нижняя подсвита (сланцы углеродистые, кварц-биотитовые, известково-силикатные породы, метаэффузивы основного и кислого состава); 7 — верхняя подсвита (сланцы углеродистые, метаэффузивы основного и кислого состава); 8—11 — интрузивные комплексы: 8 — стойло-николаевский; 9 — золотухинский; 10 — осколецкий; 11 — атаманский.
Состав и строение оскольской серии характеризуются ритмичной, неоднократно повторяющейся сменой конгломератов, гравелитов и метапесчани-ков, переходящих к верхам разреза в карбонатно-слюдистые сланцы с горизонтами амфиболитов,
метаморфизованных доломитов и известняков, широким развитием углеродсодержащих пород и вулканитов. Мощность разрезов оскольской серии оценивается в несколько километров. Серия подразделяется на более древнюю, терригенно-карбо-
натную роговскую свиту, и более молодую, существенно терригенно-вулканогенную тимскую свиту. Роговская свита распространена вдоль юго-западного борта Тим-Ястребовской структуры, а также в ее северо-восточном замыкании, сложена в различной степени мраморизованными известняками и доломитами, карбонатными метапесчаниками и сланцами, в отдельных прослоях обогащенными углеродистым веществом. Тимская свита занимает основную часть площади Тим-Ястребовской структуры (рис. 2). В ее составе выделяются нижняя и верхняя подсвиты.
Разрез нижнетимской подсвиты характеризуется отчетливо ритмичным строением и широким распространением в его составе сульфидно-углеродистых сланцев с подчиненными прослоями метапес-чаников, кварцитов, силикатно-карбонатных пород.
В отложениях верхнетимской свиты преобладают вулканогенные породы. Нижняя часть ее разреза сложена углеродистыми и безуглеродистыми слюдистыми сланцами, а в верхней части преобладают метаэффузивы с прослоями метапесчаников и сланцев. Прецизионные датировки возраста для пород оскольской серии отсутствуют.
На рубеже 2.1 млрд. лет в результате столкновения Сарматии и Волгоу
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.