1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Доклады Российской академии наук. Науки о Земле
  4. T. 491, № 2, 2020

Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2020, T. 491, № 2, стр. 60-65

НОВЫЕ ДАННЫЕ О ВОЗРАСТЕ ГРАНУЛИТОВ ЧЕРЕМШАНСКОЙ ТОЛЩИ ШАРЫЖАЛГАЙСКОГО ВЫСТУПА ФУНДАМЕНТА СИБИРСКОЙ ПЛАТФОРМЫ

С. В. Высоцкий 1, *, академик РАН А. И. Ханчук 1, В. И. Левицкий 2, Е. И. Демонтерова 3, И. В. Левицкий 2, А. В. Игнатьев 1, Т. А. Веливецкая 1

1 Дальневосточный геологический институт Дальневосточного отделения Российской академии наук
Владивосток, Россия

2 Институт геохимии им. А.П. Виноградова Сибирского отделения Российской академии наук
Иркутск, Россия

3 Институт земной коры Сибирского отделения Российской академии наук
Иркутск, Россия

* E-mail: vysotskiy@fegi.ru

Поступила в редакцию 11.02.2020
После доработки 18.02.2020
Принята к публикации 20.02.2020

Полный текст (PDF)

Аннотация

Приводятся новые данные U–Pb-датирования гранулитов черемшанской толщи, вмещающих метаморфизованные вулканогенно-осадочные сульфидные руды, в которых установлено масс-независимое фракционирование изотопов серы. Для цирконов из секущих толщу тел ортотектитов определен конкордантный U–Pb-возраст – 1866.8 ± 7.6 млн лет, который отражает завершающий этап проявления гранулитового метаморфизма. В графит–сульфидно–кордиеритовых (±Bt)- и гранат–биотит–ортопироксеновых-парагнейсах определен модельный возраст ТND (DM) ~ 3.0 млрд лет, указывающий на формирование протолита осадочных пород в мезоархее. Для ортотектитов изотопные Sm–Nd-характеристики отличаются от данных для парагнейсов, что указывает на разные их источники.

Ключевые слова: гранулиты, циркон, U–Pb-возраст, Sm–Nd модельный возраст, сульфидные руды, архей, Шарыжалгайский выступ

Открытие явления масс-независимого фракционирования изотопов серы (MIF–S) и сохранения этой геохимической метки в некоторых архейских породах используется как независимый критерий вовлечения в рудный процесс осадочной серы, прошедшей через цикл преобразований в атмосфере древней Земли [1]. Одно из немногих известных в России колчеданных месторождений, для которых установлено масс-независимое фракционирование изотопов серы, расположено на территории Шарыжалгайского краевого выступа фундамента Сибирской платформы, в междуречье р. Китой и р. Тойсук (рис. 1). Нами были проведены исследования изотопного возраста кристаллических гнейсов и сланцев, вмещающих колчеданные руды. Образцы взяты из керна скважин, где в сульфидах руд было обнаружено масс-независимое фракционирование изотопов серы [2].

Рис. 1.

Геологическая схема Шарыжалгайского краевого выступа Сибирской платформы. 1 – осадочный чехол Сибирской платформы; 2–4 – структуры краевого выступа фундамента платформы: 2 – Урикско-Ийский грабен, 3 – Онотский зеленокаменный пояс, 4 – шарыжалгайский гранулито-гнейсовый комплекс; 5 – террейны Центрально-Азиатского складчатого пояса; 6 – Главный Саянский глубинный разлом; 7 – прочие разломы. а – район изучения черемшанской свиты шарыжалгайского гранулитового комплекса.

Вмещающими породами колчеданных руд являются гранулиты (кристаллические гнейсы и сланцы) черемшанской толщи шарыжалгайской серии. Толща по минеральным ассоциациям, соотношениям пород, их составам не имеет аналогов как среди высокометаморфизованных (гранулитовая фация), так и низкометаморфизованных образований региона [3]. Ее главная отличительная особенность состоит в присутствии метаморфизованных древних осадочных пород – вещественных аналогов черных сланцев. В толще присутствует стратиформное сульфидное оруденение, относящееся к серноколчеданному типу. По геологическим и петрографическим данным оруденение сформировалось по осадочным и вулканогенным породам до проявления метаморфизма гранулитовой фации и в дальнейшем частично преобразовано при поздних трансформациях. Изотопный состав серы сульфидов [2] однозначно подтверждает участие в их генерации осадочной серы, прошедшей цикл атмосферных преобразований. Последнее свидетельствует о том, что породы протолита черемшанской толщи были сформированы не позднее 2.3–2.4 млрд лет назад, т.е. до насыщения атмосферы Земли кислородом [1]. Поэтому определение времени образования рудоносного протолита является достаточно важной задачей.

Хотя породы черемшанской толщи считаются одними из древнейших в регионе [4], данные о времени ее формирования только косвенные. Модельный возраст TNd(DM) метамагматических пород (эндербитов), предположительно, черемшанской толщи, составляет 3.84 млрд лет (εND(T) = –23.1), а возможных протолитов метаосадочных гранат–шпинель–силлиманит–кордиеритовых-сланцев – 3.18 млрд лет (εND(T) = = –13.2) [5]. Недавно полученные данные о присутствии зерен детритовых цирконов с возрастами 3.70–2.74 млрд лет в высокоглиноземистых гнейсах позволили обосновать существование архейского этапа осадконакопления [6].

Были выделены и изучены зерна цирконов из секущих гнейсы и сланцы тел калишпатовых мигматитов – ортотектитов (проба Х26/4). Ортотектит (Mc, Pl, Qz, Bt, Opx, Ms) – слабо полосчатый, средне-крупно- и неравномернозернистый, с обособлениями и гнездами биотита и граната. Развит в виде послойных и секущих тел мощностью до 25 м.

U–Pb-исследование зерен цирконов ортотектита выполнено на ионном микрозонде SHRIMP-II в   Центре изотопных исследований ВСЕГЕИ (Санкт-Петербург) по методике [7]. Выбор участков для датирования осуществлялся по оптическим (в проходящем и отраженном свете) и катодолюминесцентным изображениям, отражающих внутреннее строение и зональность зерен цирконов. Также анализировались изображения в обратно-отраженных электронах, отражающие их поверхностную гетерогенность. При измерении интенсивность первичного пучка молекулярного кислорода составляла 4 нА, диаметр пятна (кратера) 30 мкм с глубиной 2 мкм. Обработка данных осуществлялась с использованием программы SQUID [8]. U–Pb-отношения нормализованы на значение 0.0668 стандарта циркона Temora с возрастом 416.8 млн лет, а в качестве концентрационного стандарта использовался циркон 91500 (81.2 г/т урана). Погрешности единичных анализов (отношений и возрастов) приводятся на уровне 1σ, погрешности вычисленных значений конкордантных возрастов и пересечений с конкордией приводятся на уровне 2σ.

Всего проанализировано 14 зерен циркона в 22 точках. Зерна цирконов представлены преимущественно призматическими субидиоморфными кристаллами размером 80–150 мкм. Все они имеют коричнево-медовый цвет с темно-вишневым оттенком. В катодолюминесцентном изображении (рис. 2), обычно в краевой части, реже – в центральной, отмечается появление светлых обособлений, с четким тонким полосчатым строением (осциллярной зональностью). Зерна цирконов образуют устойчивую совокупность без существенных отклонений в составах и характеризуют генерацию, присущую магматическим породам.

Рис. 2.

Катодолюминесцентное изображение типичных зерен циркона из ортотектита. Показаны точки датирования, номера соответствуют табл. 1.

Таблица 1.

Изотопные U–Pb-данные и возраст циркона из ортотектитов черемшанской толщи

Зерно, точка 206Pbc, ppm U, ppm Th, ppm $\frac{{^{{{\text{232}}}}{\text{Th}}}}{{^{{{\text{238}}}}{\text{U}}}}$ 20 6Pb*,
ppm 		Возраст, млн. лет D, % Изотопные отношения Rho
$\frac{{^{{{\text{206}}}}{\text{Pb}}}}{{^{{{\text{238}}}}{\text{U}}}}$ $\frac{{^{{{\text{207}}}}{\text{Pb}}}}{{^{{{\text{206}}}}{\text{U}}}}$ $\frac{{^{{{\text{238}}}}{\text{U}}}}{{^{{{\text{206}}}}{\text{Pb}}}}$ ±% $\frac{{^{{{\text{207}}}}{\text{Pb}}}}{{^{{{\text{206}}}}{\text{Pb}}}}$ ±% $\frac{{^{{{\text{238}}}}{\text{U}}}}{{^{{{\text{206}}}}{\text{Pb*}}}}$ ±% $\frac{{^{{{\text{207}}}}{\text{Pb*}}}}{{^{{{\text{206}}}}{\text{Pb*}}}}$ ±% $\frac{{^{{{\text{207}}}}{\text{Pb*}}}}{{^{{{\text{235}}}}{\text{U}}}}$ ±% $\frac{{^{{{\text{206}}}}{\text{Pb*}}}}{{^{{{\text{238}}}}{\text{U}}}}$ ±%
X26-4-11.2 0.02 1230 195 0.16 347 1833 ± 36 1853.8 ± 6.5 1 3.04 2.3 0.11353 0.35 3.041 2.3 0.11335 0.35 5.14 2.3 0.3288 2.3 0.988
X26-4-9.1 0.10 231 48 0.22 65.7 1842 ± 37 1856 ± 15 1 3.021 2.3 0.11432 0.78 3.024 2.3 0.11349 0.85 5.17 2.5 0.3307 2.3 0.940
X26-4-9.2 0.03 1124 29 0.03 326 1875 ± 37 1856.3 ± 7 –1 2.962 2.3 0.11373 0.38 2.962 2.3 0.11351 0.39 5.28 2.3 0.3376 2.3 0.986
X26-4-5.1 0.04 308 152 0.51 90.5 1898 ± 38 1859 ± 12 –2 2.92 2.3 0.11407 0.68 2.921 2.3 0.1137 0.69 5.37 2.4 0.3424 2.3 0.959
X26-4-15.1 0.18 149 60 0.42 42.2 1839 ± 38 1860 ± 23 1 3.023 2.4 0.1153 1.2 3.029 2.4 0.1137 1.3 5.18 2.7 0.3302 2.4 0.878
X26-4-2.1 0.03 389 232 0.62 108 1805 ± 37 1869 ± 11 4 3.095 2.3 0.11456 0.62 3.095 2.3 0.11433 0.63 5.09 2.4 0.3231 2.3 0.965
X26-4-8.1 0.03 531 333 0.65 155 1890 ± 38 1869.5 ± 9.4 –1 2.934 2.3 0.11459 0.51 2.935 2.3 0.11434 0.52 5.37 2.4 0.3407 2.3 0.975
X26-4-14.1 0.02 249 119 0.49 72.9 1891± 38 1876 ± 13 –1 2.933 2.3 0.11487 0.74 2.933 2.3 0.11472 0.75 5.39 2.4 0.3409 2.3 0.952
X26-4-12.1 0.05 379 212 0.58 110 1868± 38 1880 ± 11 1 2.973 2.3 0.11545 0.61 2.974 2. 3 0.115 0.63 5.33 2. 4 0.3362 2.3 0.965
X26-4-11.1 0.04 386 246 0.66 112 1881 ± 38 1885 ± 11 0 2.951 2.3 0.11567 0.61 2.952 2.3 0.11533 0.62 5.39 2.4 0.3387 2.3 0.965
X26-4-7.1 0.19 326 199 0.63 93.9 1859 ± 38 1893 ± 14 2 2.986 2.3 0.1175 0.64 2.992 2.3 0.11583 0.77 5.34 2.5 0.3342 2.3 0.950
X26-4-1.1 0.07 403 282 0.72 117 1875 ± 37 1894 ± 12 1 2.96 2.3 0.11651 0.67 2.962 2.3 0.11591 0.69 5.4 2.4 0.3376 2.3 0.957
X26-4-3.1 0.02 237 146 0. 64 69.4 1892 ± 39 1896 ± 14 0 2.931 2.4 0.11619 0.76 2.932 2.4 0.11605 0.77 5.46 2.5 0.3411 2.4 0.950

Примечание: Ошибка приведена на уровне 1σ. Pbс и Pb* – соответственно обыкновенный и радиогенный свинец. Ошибка калибровки стандарта не превышает 0.5%. Поправка на обыкновенный свинец проведена по измеренному 204Pb. D – степень дискондартности, отрицательные величины – обратно дискондартные значения возраста. Rho – коэффициенты корреляции отношений 207Pb*/235U и 206Pb*/238U.

Фигуративные точки цирконов образуют компактное поле на диаграмме с конкордией. Дискордантные значения, обусловленные изменениями зерен цирконов в процессах последующего метаморфизма, исключены из расчетов возраста. По 13 точкам пробы Х26/4 получен конкордантный возраст 1866.8 ± 7.6 млн лет (рис. 3), который отражает завершающий этап проявления гранулитового метаморфизма.

Для установления модельного Sm–Nd-возраста протолитов пород с графит-сульфидной минерализацией (колчеданных руд) были выбраны типичные для толщи разности: графит–сульфидно–кордиеритовые (Х1/37, Х10/6)- и гранат–биотит–ортопироксеновые (Х4)-плагиогнейсы из трех скважин. Так же были проведены Sm–Nd-исследования ортотектита (Х26/4).

Sm–Nd-данные для графит–сульфидно–кордиеритовых- и гранат–биотит–ортопироксеновых-плагиогнейсов идентичны между собой (табл. 2). Модельный возраст в породах (ТND (DM)) отвечает мезоархейскому уровню (3.0 млрд лет (табл. 2, выб. 1–3) и близок к ТND (DM) (3.1–3.3 млрд лет) высокоглиноземистых и гранат-биотитовых гнейсов китойского и шарыжалгайского комплексов других районов Шарыжалгайского выступа [6]. По соотношению 147Sm/144Nd в графит-сульфидных гнейсах (табл. 2) они близки к значениям для архейских (0.125) пелитов [9].

Таблица 2.

Изотопные Sm–Nd-данные для пород черемшанской свиты

Номер образца Название породы Возраст, млрд лет Содержание, мкг/г 147Sm/144Nd 143Nd/144Nd ±2σ εNd(Т) ТNd(DM), млрд лет
Sm Nd
Х1/37 Плагиогнейс – Gr, Po, Crd Pl, Qz, Kfs 1.88 5.1 25 0.1257 0.511373 ± 13 –7.6 3.06
Х10/6 Плагиогнейс – Gr, Po, Py, Crd, Bt, Sil, Pl, Qz, Kfs 1.88 4.8 24 0.1209 0.511309 ± 15 –7.7 3.00
Х-4 Плагиогнейс – Grt, Sil, Opx, Pl, Qz, Bt, Ms 1.88 4.7 25 0.1179 0.511218 ± 10 –8.7 3.06
X26/4 Ортотектит – Mc, Pl, Qz, Bt, Opx, Ms 1.88 27 147 0.1138 0.511608 ± 15 –0.1 2.35

Примечание. Погрешность определения отношения 147Sm/144Nd в образцах составляет ±0.2% (±2SD). εNd(t) и TNd(DM) рассчитаны с учетом возраста пород и современных значений в хондрите 147Sm/144Nd – 0.1967 и 143Nd/144Nd – 0.512638 [10] и деплетированной мантии 147Sm/144Nd – 0.2136 и 143Nd/144Nd – 0.513151 [11]. Методика Sm–Nd-исследований представлена в работе [12].

Для ортотектитов изотопные Sm–Nd-характеристики отличаются от данных для парагнейсов (табл. 2), что указывает на разные их источники. Для ортотектитов модельный возраст источников палеопротерозойский (ТNd(DM) – 2.3 млрд лет), он широко проявлен в магматитах Шарыжалгайского выступа [3, 5, 6].

Полученные результаты показывают, что черемшанская толща является полигенным, полихронным комплексом, время формирования осадочного протолита которого относится к мезоархею (~3.0 млрд лет). Именно в это время произошло образование протолита колчеданных руд. Несмотря на последующий неоднократный высокоградиентный метаморфизм, сопровождавшийся изменением первичного минерального состава пород и хемогенным фракционированием изотопов, метка атмосферного резервуара серы в сульфидных рудах хорошо сохранилась.

Рис. 3.

Диаграмма 206Pb/238U–207Pb/235U для цирконов из ортотектитов.

Список литературы

  1. Pavlov A.A., Kasting J.F. // Astrobiology. 2002. V. 2. № 1. P. 27–41.

  2. Высоцкий С.В., Игнатьев А.В., Левицкий В. И. и др. // Геология и геофизика. 2019. Т. 60. № 8. С. 1091–1107.

  3. Левицкий В.И. Петрология и геохимия метасоматоза при формировании континентальной коры. Новосибирск: Академическое изд-во «ГЕО». 2005. 343 с.

  4. Государственная геологическая карта РФ. Масштаб 1:1 000 000, N 48. (Под ред. Галимовой Т.Ф.) С-Пб: Картографическая фабрика ВСЕГЕИ, 2009.

  5. Левицкий И.В. Геохимия гранулитовых и зеленокаменных комплексов Присаянского выступа фундамента Сибирской платформы. Автореф. дисс. … канд. геол.-минер. наук, Иркутск: ИГХ СО РАН. 2012. 23 с.

  6. Туркина О.М., Сергеев С.А., Сухоруков В.П. и др. // Геология и геофизика. 2017. Т. 58. № 9. С. 1281–1297.

  7. Williams I.S. U-Th-Pb Geochronology by Ion Microprobe // Rev. Econ. Geol. 1998. V. 7. P. 1–35.

  8. Ludwig K.R. SQUID 1.00 User’s Manual // Berkeley Geochronology Center Special Publication. 2000. V. 2. 19 p.

  9. Jahn Bor-Ming, Condie K.C. // Geochem, et Cosmochim. Acta. 1995. V. 59. P. 2239–2258.

  10. Jacobsen S.B., Wasserburg G.J. // Earth Planet. Sci. Lett. 1984. V. 67. P. 137–150.

  11. Goldstein S.J., Jacobsen S.B. // Earth Planet. Sci. Lett. 1988. V. 87. P. 249–265.

  12. Demonterova E.I., Ivanov A.V., Mikheeva E.M. et al. // Bull. Soc. Géol. Fr. 2017. V. 188. № 1–2. P. 1–29.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Доклады Российской академии наук. Науки о Земле

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал