УДК 550.93:551.72
РАННЯЯ КОРА ПРИАЗОВСКОГО ДОМЕНА УКРАИНСКОГО ЩИТА: ИЗОТОПНО-ГЕОХРОНОЛОГИЧЕСКОЕ И ГЕОХИМИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ ТЕРРИГЕННЫХ ЦИРКОНОВ МЕТАОСАДОЧНЫХ ПОРОД
ФЕДОРОВСКОЙ СТРУКТУРЫ
© 2012 г. Е. В. Бибикова*, А. А. Федотова*, С. Клаэссен**, Г. В. Артеменко***, М. О. Аносова*
*Институт геохимии и аналитической химии РАН, Москва, Россия e-mail: bibikova@geokhi.ru **Swedish Museum of Natural History, Stockholm, Sweden ***Институт геохимии, минералогии ирудообразования НАНУкраины, Киев, Украина
Поступила в редакцию 22.03.2011 г., получена после доработки 26.04.2011 г.
Приводятся результаты изотопно-геохронологического изучения терригенных цирконов из метао-садков Федоровской структуры Приазовского домена Украинского щита методами масс-спектро-метрии вторичных ионов (SIMS) и лазерной абляции (LA-ICP-MS). Полученные данные сопоставлены с результатами изотопного датирования цирконов из метаосадков Сорокинской зеленокамен-ной структуры Приазовья. Во всех изученных образцах обнаружены цирконы с возрастом, превышающим 3600 млн. лет. Геохимические особенности древнейших цирконов указывают на то, что их непосредственным источником были породы тоналитового состава. Полученные данные свидетельствуют о значительно более широком развитии палеоархейской коры в пределах Украинского щита, чем следовало из предыдущих исследований.
Ключевые слова: Украинский щит, Приазовский домен, масс-спектрометрия вторичных ионов, лазерная абляция, изотопная геохронология, терригенный циркон.
ВВЕДЕНИЕ
Огромный интерес в последние годы вызывают исследования, направленные на познание ранней коры Земли: определение ее состава, времени и условий ее формирования. Одним из подходов к установлению времени возникновения ранней коры Земли является изотопно-геохронологическое изучение терригенных цирконов древнейших метаосадочных пород. Процессы седиментации, выветривания, транспортировки, гравитации приводят к концентрации в осадочных породах представительного материала и усреднению состава обнаженной на момент седиментации поверхности континента.
Циркон, являясь наиболее устойчивым к внешним воздействиям минералом, сохраняет изотопную и геохимическую информацию с момента его кристаллизации. Детритовые цирконы терригенных осадочных пород отражают распределение возрастов в эродированных породах. Содержащаяся в терригенных цирконах изотопно -геохимическая информация может пролить свет на первичную природу пород, уже исчезнувших с поверхности Земли и недоступных для непосредственного изучения. Именно цирконы в кварци-
тах и конгломератах мезоархейского (около 3.0 млрд. лет) зеленокаменного пояса в блоке Ил-гарн, Западная Австралия, позволили расшифровать возраст и первичную природу самой ранней коры Земли (>4.0 млрд. лет), хотя протолита этих пород уже не сохранилось. Изотопный состав гафния и кислорода в древнейших цирконах, распределение редкоземельных элементов в них позволяют предположить, что самая первая кора была достаточно кислого состава и что вода существовала на земной поверхности уже около 4.0 млрд. лет назад (Wilde et al., 2001).
Роль циркона в изучении ранней истории Земли возросла с развитием методов изотопной геологии, и в первую очередь с разработкой масс-спектрометров вторичных ионов и различных методик датирования цирконов методом лазерной абляции на ICP MS, позволяющих проводить полное U-Pb изотопно-геохронологическое исследование в точке минерала диаметром менее 20—30 мкм.
Как было показано А. Натманом (Nutman, 2001), древнейшие цирконы (>3600 млн. лет) наиболее типичны для метаосадков мезо- и неоархейских зеленокаменных поясов. Очевидно,
Рис. 1. Схема строения Приднепровского и Приазовского доменов Украинского щита.
1—7 — архейские кристаллические породы Среднеприднепровского (СД) и Приазовского (ПА) мегаблоков Украинского щита: 1 — гранулиты и гнейсы; 2, 3 — породы зеленокаменных поясов: 2 — метаосадочные; 3 — вулканогенно-осадочные; 4 — габброиды; 5 — тоналиты; 6 — гранодиориты; 7 — калиевые граниты; 8 — палеопротерозойские комплексы. ОПЗ — Орехово-Павлоградская шовная зона; Ф — Федоровская зеленокаменная структура, С — Сорокинская зеленокаменная структура. Показаны точки отбора проб и их номера.
На врезке: архейские (I) и палеопротерозойские (II) мегаблоки Украинского щита и шовные зоны (III).
- 48
33° 38° в.д.
[ZZ31 □ II I—1III
50°
46° 40'
48° с.ш.
34°
_I_
50 км
7-11, 5-88, CU-1 )
36°
92-218
38°
_I_
именно в это время древнейшие породы были обнажены на поверхности и являлись источником сноса.
На территории Восточно-Европейского кра-тона самые древние образования палеоархейско-го возраста были обнаружены в пределах Украинского щита. В настоящем исследовании предпринята попытка оценить масштабы развития ранней коры в пределах Украинского щита, установить ее природу и возраст на основе изучения цирконов из архейских метаосадочных пород зе-ленокаменных структур Приазовского домена.
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПОЛОЖЕНИЕ И ОПИСАНИЕ ПОРОД
Согласно современным представлениям, Украинский щит состоит из отдельных доменов,
разделенных глубинными разломами и сутурны-ми зонами (рис. 1). Наиболее древние высокоме-таморфизованные породы известны в двух регионах: Подольском на западе и Приазовском на востоке щита. В центральной части щита цирконы палеоархейского возраста (~3.6 млрд. лет) были нами обнаружены и датированы в тоналитах и ультрабазитах Новопавловского комплекса, вскрытого скважинами в пределах Орехово-Пав-лоградской тектонической (сутурной) зоны, расположенной между Среднеприднепровским и Приазовским доменами (Бибикова, 1989; Bibiko-va, Williams, 1990). Аналогичные датировки были получены для цирконов из тоналитов и эндерби-тов днестрово-бугской серии на западе Украинского щита (Бибикова, 2004; Claesson et al., 2006). Помимо этого детритовые цирконы с возрастом свыше 3.6 млрд. лет были обнаружены нами в ме-
таосадках Сорокинской зеленокаменной структуры, расположенной на востоке Приазовского домена Украинского щита (Бибикова и др., 2010).
Объектом настоящего исследования были ме-таосадочные породы Федоровской грабен-синклинали, расположенной в северной части Приазовского домена (рис. 1). Было проведено изотопное датирование цирконов из этих пород и изучена их изотопная система.
Федоровская грабен-синклиналь расположена в зоне сочленения Донецкого авлакогена с Приазовским кристаллическим массивом. Она приурочена к субширотной тектонической зоне, ограничивающей с севера Ремовскую антиклиналь субмеридионального простирания, сложенную породами западноприазовской серии. На фоне структур северо-западного простирания Федоровская грабен-синклиналь выделяется своим субширотным простиранием и значительной протяженностью (19—20 км). По зонам тектонических разломов она контактирует с метаморфическими породами западноприазовской серии.
Федоровская грабен-синклиналь представляет собой асимметричную синклинальную складку с крутым (70°—80°) южным и более пологим (60°— 70°) северным крыльями. Размах крыльев складки достигает 4 км. Она сложена толщей закономерно чередующихся сланцев (биотитовых, двуслюдя-ных, биотит-гранатовых, силлиманит-биотит-гранатовых, силлиманит-кордиерит-биотит-гранато-вых, биотит-амфиболовых, амфиболовых, иногда с пироксеном), графитсодержащих и карбонатных пород (мраморов и кальцифиров) общей мощностью 2250 м. По набору литологических разностей и петрографическому составу слагающих пород, характеру их переслаивания, наличию маркирующих горизонтов, в разрезе Федоровской грабен-синклинали выделяются три последовательно сменяющихся пачки пород, содержащие многочисленные согласные и секущие жилы пегматитов микроклинового, микроклин-плагиоклазового, сподумен-альбитового состава. Нижняя пачка — глиноземистая, средняя — карбонатная, верхняя — амфиболитовая. Наличие в нижней части разреза метаосадочной пачки силлиманит-гранат-биотитовых сланцев, которые являются метаморфизо-ванными продуктами выветривания более древних пород западноприазовской серии, указывает на наличие стратиграфического перерыва между нижней пачкой и западноприазовской серией. Подавляющее большинство сланцевых и карбонатных пород образовались в результате регионального метаморфизма первично-осадочных глинистых, песчаных, песчано-глинистых, железисто-кремнистых, мергелистых и известковистых пород. Сланцы и амфиболиты Федоровской грабен-синклинали, в отличие от пород фундамента, не затронуты процессами мигматизации. В них выде-
ляются многочисленные секущие жилы пегматитов микроклинового, микроклин-плагиоклазово-го и сподумен-альбитового состава.
Надежные геохронологические данные о возрасте сланцево-карбонатной толщи Федоровской грабен-синклинали отсутствуют. В последние годы появились данные о возрасте гранитов январского комплекса, прорывающего породы сланцевой толщи (2735 млн. лет; Исаков и др., 2010). Однако существуют и альтернативные представления о палеопротерозойском возрасте толщи, поскольку надежная датировка (2085 млн. лет) имеется только для прорывающих толщу ана-дольских гранитов (Васильченко и др., 1992).
ИЗОТОПНО-ГЕОХРОНОЛОГИЧЕСКОЕ
И ГЕОХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
Материал
Образцы для изотопного исследования были отобраны из скважины 0152, пробуренной в 1970-х годах и расположенной на левом берегу р. Мокрые Ялы, в 1.9 км южнее села Федоровка. В структурном отношении скважина находится в центральной части Федоровской грабен-синклинали. Скважиной вскрыты биотитовые сланцы верхней амфиболитовой пачки.
Изученная проба 89-551 представляет собой двуслюдяной парагнейс (скв. 0152, интервал 53.8—63.0 м) следующего минерального состава (в %): плагиоклаз 83, биотит 5, кварц 3—5, микроклин 2, мусковит 2, карбонат 2—3, рудный минерал 1, апатит и циркон в единичных зернах.
В пробе выделяются три разновидности циркона. Первая разновидность представлена удлиненными тетрагональными или дитетрагональ-но-призматическими кристаллами размером 0.15—0.3 мм, с коэффициентом удлинения 2.0— 3.5, желтоватого и коричнево-желтоватого цвета, разной степени прозрачности, с неровной поверхностью. В некоторых зернах выделяются реликтовые ядра темно-к
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.