Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2020, T. 490, № 2, стр. 45-50

Платиноносный пояс Урала (ППУ) является крупнейшей в мире структурой, вмещающей дунит-клинопироксенит-габбровые комплексы Урало-Аляскинского типа. Пояс протянулся вдоль 60-го меридиана от Среднего до Приполярного Урала более чем на 900 км и состоит из 14 ультраосновных и габбро-гипербазитовых массивов (рис. 1), площадью от нескольких десятков до нескольких сотен квадратных километров [1]. Исследования показывают, что формирование ППУ является результатом длительной магматической и тектоно-метаморфической эволюции мантийно-корового вещества [2]. На западе пояс примыкает к тектоническому шву Главного уральского разлома. С востока, севера и юга массивы ППУ окружены ордовикско-силурийскими вулканогенно-осадочными толщами Тагильской островодужной зоны. Геологические взаимоотношения габбро-гипербазитовых блоков между собой и с окружающими толщами определяются “холодными” или “горячими” тектоническими контактами, что вносит трудности в оценку геологического возраста формирования массивов и горных пород пояса.

Рис. 1.

А – схема расположения гипербазит-габбровых массивов в Платиноносном поясе Урала [1]. Массивы: 1 – Чистопский, 2 – Денежкин Камень, 3 – Кумбинский, 4 – Кытлымский, 5 – Павдинский, 6 – Качканарский, 7 – Тагило-Баранчинский, 8 – Нижнетагильский, 9 – Ревдинский, 10 – Уктусский. Б – схема геологического строения Кытлымского массива [1] с положением изученного участка по реке Крутобереговая (жирная стрелка). 1 – вмещающие породы палеозойского возраста, 2 – дуниты, 3 – клинопироксениты и битовнитовые тылаиты, 4 – нефелиновые тылаиты, 5 – оливиновые габбро и ультраосновные породы Сухогорской ассоциации, 6 – амфибол-клинопироксеновые габбро Серебрянской ассоциации, 7 – габбронориты Валенторской ассоциации, 8 – плагиограниты, 9 – экзоконтактовые роговики. Числами показан возраст датированных комплексов (в млн лет) и дана ссылка на литературный источник. В – упрощенный геологический разрез по каньону реки Крутобереговая с определенным возрастом горных пород (это исследование). 1 – древняя, деформированная дунит-клинопироксенит-тылаитовая серия, 2 – экзоконтактовые кытлымиты и метавулканиты, 3–5 – молодая ультрамафит-мафитовая серия: 3 – амфибол-оливиновые клинопироксениты, 4 – амфибол-клинопироксеновые меланогаббро, 5 – горнблендиты, в том числе ультраосновные эруптивные брекчии с горнблендитовым цементом.

Активное внедрение изотопных методов в практику геолого-съемочных работ и научных исследований позволило накопить большое количество данных по абсолютному возрасту пород и минералов ППУ [3–13]. Возрастной интервал, который они охватывают, составляет более 2 млрд лет от архея до каменноугольного периода. Наиболее древние архейские и протерозойские датировки получены по цирконам, выделенным из дунитов. Природа этих цирконов не ясна и полученные с их помощью значения возраста надо интерпретировать осторожно. Но и другие изотопные методы показывают значительные вариации значений возраста. Так, для Тылай-Конжаковского и Косьвинского дунит-клинопироксенитовых блоков Кытлымского массива (рис. 1) В.С. Поповым и В.Б. Беляцким [9] Sm–Nd-методом были получены соответственно вендский (551 млн лет) и раннесилурийский (441 млн лет) значения возраста. При этом каких-либо существенных различий в составе пород этих блоков не фиксируется. Отсутствие ясных геологических взаимоотношений между породами и комплексами затрудняет интерпретацию данных абсолютного возраста и не позволяет определить ни время начала ультраосновного магматизма в ППУ, ни время его завершения.

Проведенные исследования на Кытлымском массиве показали, что дуниты, клинопироксениты и тылаиты, слагающие основной объем пород в Тылай-Конжаковском блоке с возрастом 551 млн лет [9], прорваны интрузивами молодой клинопироксенит-габбро-горнблендитовой серии [4]. Геологические взаимоотношения между породами были установлены на северо-западе массива, в скальном каньоне реки Крутобереговая на протяжении более 200 м (рис. 1).

Верхняя часть каньона сложена деформированными тылаитами и оливиновыми клинопироксенитами древней серии, которые прорваны амфибол-оливиновыми клинопироксенитами, не несущими следов пластических деформаций. Клинопироксениты содержат ксенолиты дунитов, хотя и не контактируют с ними. Молодые клинопироксениты (проба Пе307) обладают пойкилитовой структурой. Пойкилокристы представлены высокоглиноземистым амфиболом с многочисленными включениями зерен клинопироксена и оливина.

В нижней части каньона ультраосновные породы прорваны телом амфибол-клинопироксеновых меланогаббро (проба Пе313), мощностью более 25 м (рис. 1). Породы содержат до 50% крупных (1–2 см) идиоморфных пойкилокристов глиноземистого амфибола с включениями зональных зерен клинопироксена. Амфибол сцементирован мелкозернистым клинопироксен-плагиоклазовым агрегатом. По составу меланогаббро соответствуют тылаитам Платиноносного пояса [1]. Формирование молодой серии завершается внедрением даек средне-крупнозернистых горнблендитов (проба Пе305) и амфиболовых меланогаббро. В каньоне зафиксировано несколько тел эруптивных брекчий с горнблендитовым цементом и обильными ксенолитами дунитов, клинопироксенитов и тылаитов древней серии, фрагментами роговиков и титаномагнетитовых руд. Ясные интрузивные взаимоотношения между породами ультраосновного и основного состава – случай редкий для массивов Платиноносного пояса. Отсутствие деформаций и хорошая сохранность магматических структур показывают, что породы молодой ультрамафит-мафитовой серии внедрялись после завершения пластических деформаций, которые сопровождали выведение древних ультрамафитов в верхние горизонты земной коры. Следовательно, породы молодой серии завершают ультраосновной магматизм Кытлымского массива и, вероятно, Платиноносного пояса в целом.

Нами было выполнено определение изотопного возраста всех пород молодой клинопиросенит-меланогаббро-горнблендитовой серии ⁴⁰Ar–³⁹Ar-методом по амфиболу и U–Pb-методом по циркону из меланогаббро. Определения ⁴⁰Ar/³⁹Ar-возраста методом ступенчатого прогрева проведено в изотопной лаборатории ИГМ СО РАН (Новосибирск) на масс-спектрометре Noble gas 5400 фирмы “Микромасс” и на многоколлекторном масс-спектрометре Argus фирмы “GV-Instruments” (Англия) по методике, описанной ранее [14]. В аргоновом спектре амфибола из клинопирксенитов четко выделяется плато, соответствующее 90% выделенного ³⁹Ar и отвечающее возрасту 415 ± 4 млн лет (рис. 2). Близкая величина интегрального возраста амфибола 420 ± 4 млн лет свидетельствует о хорошей сохранности изотопной системы. ⁴⁰Ar–³⁹Ar-возраст амфибола из горн- блендитов составляет 405 ± 7 млн лет по плато, что соответствует 95% выделенного аргона (рис. 2). Возраст амфибола из меланогаббро более молодой. Плато, соответствующее почти 100% выделенного аргона, имеет возраст 394 ± 5 млн лет (рис. 2) и, по-видимому, отражает время закрытия аргон–аргоновой системы.

Рис. 2.

Возрастные ⁴⁰Ar/³⁹Ar-спектры амфибола из пород молодой мафит-ультрамафитовой серии Кытлымского массива: Пе307 – клинопироксениты, Пе305 – горнблендиты, Пе313 – амфибол-клинопироксеновые меланогаббро.

Из клинопироксен-амфиболовых меланогаббро методами магнитной сепарации и разделения в тяжелых жидкостях были выделены зерна циркона, представленные прозрачными призматическими кристаллами светло-желтого цвета с коэффициентом удлинения 2–3 и размером 100–350 мкм. В  катодных лучах они проявляют простую ростовую зональность, характерную для магматических цирконов. Определение содержаний изотопов U и Pb выполнено на ионном микроанализаторе SHRIMP-II в Центре изотопных исследований ВСЕГЕИ под руководством С.А. Сергеева по методике, принятой в лаборатории. Было проанализировано одиннадцать точек в десяти зернах циркона. Изотопные данные представлены в табл. 1. На диаграмме Терра-Вассербурга все определения образуют одну компактную область с конкордантным значением возраста 415 ± 3 млн лет (рис. 3).

Рис. 3.

Изотопная ²³⁸U/²³⁶Pb–²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb-диаграмма Терра-Вассербурга с конкордией и измеренными значениями изотопных отношений в цирконе из меланогаббро Пе313.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что оливиновые клинопироксениты и меланогаббро из молодой ультрамафит-мафитовой серии на северо-западе Кытлымского массива сформировались в раннем девоне и имеют возраст 415 млн лет по сходящимися изотопным ⁴⁰Ar–³⁹Ar и U–Pb-данным. Породы испытывают непродолжительную термоизотопную историю, которая завершается закрытием аргон–аргоновой системы в конце раннего девона. Близкий возраст (419 млн лет) был получен ранее для нефелиновых тылаитов Косьвинского блока Кытлымского массива [10], которые интегрированы с ультраосновными породами в единую серию. Раннедевонский возраст 415 млн лет, по данным [6], имеют горнблендиты Светлоборского дунит-клинопироксенитового массива на Среднем Урале. Важно отметить, что возраст 415 млн лет установлен А.А. Ефимовым с соавторами для циркона из плагиогранитов, прорывающих габброиды и пироксениты в центре Кытлымского массива [5]. Эти авторы считают, что возраст плагиогранитов определяет верхнюю возрастную границу формирования габбро-гипербазитовых ассоциаций ППУ. Наши данные показывают, что мафит-ультрамафитовый магматизм в Платиноносном поясе Урала также завершается в раннем девоне внедрением небольших дифференцированных клинопироксенит-меланогаббро-горнблендитовых интрузий и формированием эруптивных ультраосновных брекчий с горнблендитовым цементом. Это время совпадает с затуханием магматической активности в Тагильской островодужной зоне Урала.