ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2013, том 451, № 6, с. 670-675
= ГЕОЛОГИЯ
УДК 550.93:552.31(471)
НОВЫЕ ДАННЫЕ О ВОЗРАСТЕ АРХЕЙСКИХ ПОРОД ЗАОНЕЖЬЯ (ВОДЛОЗЕРСКИЙ ДОМЕН КАРЕЛЬСКОГО КРАТОНА)
© 2013 г. В. П. Чекулаев, Н. А. Арестова, член-корреспондент РАН В. А. Глебовицкий, С. Б. Лобач-Жученко, Л. В. Матвеева, Е. Н. Лепёхина
Поступило 09.01.2013 г.
БО1: 10.7868/80869565213250166
Водлозерский домен — фрагмент мезоархей-ской коры Балтийского щита. Древнейшими в строении домена являются породы тоналит-трондьемит-гранодиоритовой серии (возраст 3.2—3.1 млрд лет, модельный Nd-возраст T(DM)Nd 3.3—3.5 млрд лет) и мафит-ультрама-фитовые породы, слагающие зеленокаменные пояса и дайки. Возраст последних составляет 2.95—3.0 млрд лет. В то же время, по геологическим данным, в ряде районов домена породы испытали значительную переработку, сопровождавшуюся внедрением тоналитов, метаморфизмом, мигматизацией и становлением массивов гранитов [1]. Одним из таких участков является район пос. Шальский на восточном берегу Онежского озера. Для гранитоидов этого района были получены значения модельного возраста T(DM)Nd 2.75—2.9 млрд лет, т.е. значительно более низкие, чем для большинства пород Водлозерского домена. При этом возраст пород и процессов этого периода истории Водлозерского домена практически не определялся.
В связи с этим были проведены исследования в хорошо обнаженном районе — на восточном берегу и о-вах Онежского озера, вблизи устья р. Водла. Интерес к данному объекту поддерживался и тем, что в этом районе отмечено проявление гранули-тового метаморфизма [1]. Главной задачей являлось датирование пород района, прежде всего тоналитов. Ранее был определен методом TIMS возраст гранулитового метаморфизма по циркону, выделенному из фрагмента дайки с минеральной ассоциацией OPx + CPx + Bt + Pl, равный 2650 ± ± 50 млн лет [2].
Интрузивное происхождение тоналитов определяется наличием в них ксенолитов гнейсов и
Институт геологии и геохронологии докембрия Российской Академии наук, Санкт-Петербург Центр изотопных исследований Всероссийского геологического института им. А.П. Карпинского, Санкт-Петербург
корундсодержащих пород, рассматриваемых соответственно как среднекислые вулканиты и ме-таосадки, а также диоритов, амфиболитов, пи-роксеновых кристаллосланцев. Последние интерпретируются как фрагменты даек, секущих тоналиты. Предполагали, что интрузивные гра-нитоиды формировались в виде последовательных фаз внедрения. Однако оставались неясными возрастные соотношения между ними, в частности возраст гранодиоритов, слагающих субмеридиональное тело на берегу Онежского озера и описанных ранее [1] как чарноэндербиты.
Выделяется два типа интрузивных тоналитов. Среднезернистые более меланократовые тоналиты (тоналиты 1) присутствуют в виде разных размеров и форм тел среди более лейкократовых и крупнозернистых тоналитов (тоналиты 2). При этом они часто не имеют резких контактов, что обусловило вывод об образовании последних в результате аллохимического замещения тонали-тов 1 [1]. Проявление высокотемпературного метаморфизма наиболее четко фиксируется во фрагментах даек мафитов. Центральные части фрагментов сложены роговой обманкой, ортопироксеном, плагиоклазом, клинопироксеном и биотитом. Каждый фрагмент имеет кайму, сложенную плагиоклазом, гиперстеном, биотитом и кварцем. Составы минералов мафитов соответствуют граничным условиям амфиболитовой и гранулитовой фаций [3]. Проявления высокотемпературного метаморфизма выражены также высокими содержаниями ТЮ2 (4—5%) в биотитах.
Тоналиты 1 состоят из антипертитового плагиоклаза, кварца, ортоклаза, темно-бурого или красно-бурого биотита, содержащего 4—5% ТЮ2, и вторичного бесцветного амфибола, вероятно, заместившего ортопироксен, который присутствует в тяжелой фракции.
Тоналиты 2 — более крупнозернистые породы с гипидиоморфнозернистой структурой, состоящие из плагиоклаза, кварца, красно-бурого биотита, иногда присутствуют роговая обманка и
единичные зерна ортоклаза. Сходный минеральный состав имеют гранодиориты, содержащие больше K-полевого шпата и реликтовый ортопи-роксен. Тоналиты 2 в целом более кислые, но главное их отличие от тоналитов 1 — более низкие содержания Yb и REE (рис. 1) и соответственно более высокие отношения Sr/Yb (19 и 63) и La/Yb (9 и 22). В сочетании с положительной Eu-анома-лией это предполагает, вероятно, более глубинные по сравнению с тоналитами 1 условия выплавления из источника при отсутствии в рестите плагиоклаза и присутствии граната.
Для решения задач датирования на о-ве Большой Голец были отобраны пробы из тоналита 1 (проба 802/1; 61°44'20'' с.ш., 35°52'31'' в.д.) и тоналита 2 (проба 802; 61°44'20'' с.ш., 35°52'31'' в.д.). На берегу Онежского озера отобраны цирконы из ксенолита биотит-амфиболового гнейса, отвечающего по составу андезиту (проба 812/1, м. Черный; 61°44'34'' с.ш., 36°01'50'' в.д.) и гранодиори-та (проба 810, Труфатские мысы; 61°42'41'' с.ш., 36°03'46'' в.д.). Исследование цирконов проводили в Центре изотопных исследований ВСЕГЕИ U—Pb-методом SHRIMP-II. Методика измерений описана в [4].
В тоналите 1 (проба 802-1) преобладают призматические зерна с различной степенью сохранности осциллаторной зональности (рис. 2). В ряде зерен циркона присутствуют светлые в катодолю-минесцентном ^L) изображении ксенокристал-лические ядра. Наиболее сохранившееся в зерне 6.1 ядро имеет отчетливую секториальную зональность, характерную для магматических цирконов [5], но описанную в цирконах [6], кристаллизующихся в условиях гранулитовой фации. Ненарушенная кристаллографическая форма ядра и зональности в нем скорее свидетельствуют в пользу его магматической природы. Однако, вероятно, справедливо заключение [5], что "в большинстве случаев четкая и прямая интерпретация происхождения ксенокристаллических ядер невозможна". Мнения авторов этой статьи по вопросу происхождения ядер разделились. Для более обоснованного решения вопроса необходимы дополнительные исследования цирконов.
В СL-изображении ядра зерна 3.1 видна вторичная перестройка внутреннего строения, обусловившая присутствие лишь реликтов исходной зональности. Зерна 6.1 и 3.1 характеризуются низкими содержаниями U и Th (51 и 129 ppm U, 13 и 58 ppm Th, Th/U = 0.26-0.31) (табл. 1). Зерно 6.1 (конкордантное) и зерно 3.1 образуют дискор-дию, пересекающую конкордию у значения возраста 2850 ± 74 млн лет (рис. 3а).
Преобладающий циркон в пробе 802-1 образует каймы вокруг зерна 1.1 и самостоятельные зерна, сохраняющие реликты осциллаторной зональности (зерна 2.1, 8.1, 4.1), так называемые "текстуры-призраки" [5], а также пятнистые и
Порода/С1
Рис. 1. Нормированные на хондрит С1 содержания
РЗЭ в породах Заонежья.
однородные зерна (зерна 5.1, 7.1). Он содержит значительно больше и (224—624 ррт) и ТИ (70—390 ррт) при отношениях ТИ/и = 0.2—0.65 (табл. 1). Рассчитанный по четырем конкордантным и четырем лежащим на дискордии зернам возраст равен 2717 ± 8 млн лет. На эту же дискордию на удалении от конкордии ложатся точки сильно изменных нарушенных ядер точки 1.1, 9.1, 10.1. Морфология и строение оболочек вокруг магматических ядер, а также самостоятельных зерен циркона не противоречат их образованию при метаморфизме тоналитов [5]. Аналогичная картина появления кайм и самостоятельных зерен циркона, отражающих наложенный метаморфизм, наблюдалась в метаандезитах Уросозерской зеленокаменной структуры в Центральной Карелии [7]. Полученный возраст, скорее всего, отражает время метаморфизма.
Большинство цирконов из тоналита 2 (проба 802) представлены прозрачными, субидиоморф-ными призматическими зернами, отчетливо зональными и трещиноватыми, имеющими размер порядка 70 х 200 мкм (рис. 2). У большинства зерен в СL-изображении наблюдаются темные метаморфические каймы, но недостаточно широкие для измерения. Содержание и 176—582 ррт, ТИ 58—220 ррт, при ТИ/и-отношении 0.19—0.52 за исключением точки 6.1. с более высокими знае-ниями (табл. 1). По девяти точкам, из которых пять конкордантных и четыре дискордантных, рассчитан возраст 2767 ± 23 млн лет (рис. 3б). Это значение можно рассматривать как время формирования тоналитов 2. Одно незональное зерно циркона округлой формы и в диаметре около 100 мкм характеризуется ТИ/и-отношением 0.40 при содержании и 249 и ТИ 97 ррт. Для этого зерна получен конкордантный возраст 3018 ± 13 млн лет (рис. 3б). Это значение близко к возрасту древнейших тоналитов и гнейсов Водлозерского домена [1, 3].
Рис. 2. Зерна цирконов в катодной люминесценции, использованные для измерения возраста пород для проб тонали-тов 1 (проба 802-1), тоналитов 2 (проба 802), включений андезитов (проба 812-1), эндербитов (проба 810).
Проба 802/1
1.1 2.1 3.1 4.1 5.1 6.1 7.1 8.1 9.1 10.1
200 мкм
Проба 802
1.1 2.1 3.1 4.1 5.1 6.1 8.1 7.1 9.1 10.1
100 мкм
I_I
§ фщ>0»0
Проба 810
1.1 2.1 3.1
¿цГЦ О %
100 мкм \ .... -
Циркон из ксенолита биотит-амфиболового гнейса (проба 812-1) образует зерна двух морфологических типов: субидиоморфные коротко-призматические размером (50—70) х 100 мкм зерна со сглаженными ребрами (иногда почти овальные), или удлиненные прозрачные, светло-коричневые размером (30—50) х 200 мкм. В CL-изображении в цирконах четко проявлена зональность роста (рис. 2). В зернах обоих морфотипов (кроме зерна 2.1) содержание и 92—306 ррт, ТЬ 37—146 ррт, при ТЬ/и-отношении 0.4—0.9 (табл. 1). По 9 точкам, из которых 6 конкордантных (рис. 3в), получено значение возраста 2967 ± 7 млн лет, близкое к возрасту ранних андезитов зеленока-
менных поясов западного обрамления Водлозер-ского домена [1, 8, 9].
Циркон из гранодиорита (проба 810) образует округлые и овальные очень трещиноватые зерна, в которых выделяется зональная центральная часть и оболочка. Зерна циркона содержат многочисленные мелкие включения, приуроченные к центральным частям зерен и границам центральных частей и оболочек. Размеры зерен 100 х 150— 150 х 200 мкм. Измерения проведены в центральной и краевой частях зерен. Содержание и в цирконах 93—479 ррт (в одном зерне 670 ррт), ТЬ 109— 191 при ТЬ/и-отношении 0.27—0.57 (в одном зерне 1.21). По 6 точкам из цен
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.