Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2020, T. 494, № 2, стр. 22-28

Время закрытия Палеоуральского океана на Полярном Урале остается крайне дискуссионной проблемой. Син- и постколлизионный магматизм, сопровождавший это событие, изучен крайне слабо. Настоящая работа содержит новые ⁴⁰Ar/³⁹Ar-датировки и геохимические данные, позволившие впервые для северной части Урала установить каменноугольный возраст даек и силлов основного и среднего состава, сформировавшихся, как мы полагаем, на разных стадиях развития Раннеуральского орогена.

В Войкарской зоне Полярного Урала (рис. 1) восточнее линейной зоны развития в различной степени метаморфизованных ультраосновных и основных пород офиолитовой ассоциации расположена почти непрерывная полоса шириной 5–15 км, сложенная среднепалеозойскими надсубдукционными плутоническими и ассоциирующими с ними вулканическими и вулканогенно-осадочными образованиями [3]. Среди этих пород известны [2] силлы и дайки габбро, диоритов, монцодиоритов, лампрофиров, которые прорывают ранне-среднепалеозойские океанические и островодужные комплексы. Эти тела принято относить к мусюрскому (малоханмейскому) гипабиссальному комплексу, выделенному В.П. Ереминым (1974 г.). Возраст и геотектоническая природа мусюрского комплекса трактуются по-разному. П.М. Кучерина (1991 г.) считал, что его интрузивы внедрялись в ранне-среднекаменноугольное время и связаны с заключительным этапом субдукции. Е.В. Черняев (2005 г.) и В.А. Душин относят эти базиты к пермотриасовым рифтогенным образованиям [4]. А.П. Прямоносов на основании геологических данных и K/Ar-датировок плагиоклаза (361 ± 1 млн лет) полагает, что расматриваемый комплекс сформировался в конце позднего девона [5]. Единичные пермо-триасовые датировки (239–259 млн лет), встреченные на фоне более древних (до 2695 млн лет), при датировании цирконов из силла габбро-долеритов и прорывающей его дайки лампрофиров в пределах месторождения Новогоднее-Монто ([6] и ссылки в этой работе), интерпретируются как время кристаллизации пород мусюрского комплекса.

Рис. 1.

Геологическая карта Войкарской зоны Полярного Урала, по данным [1, 2], с изменениями и дополнениями. На врезке: Уральское складчато-надвиговое сооружение – УрС, Пайхойско-Новоземельское складчато-надвиговое сооружение – ПНС, прямоугольником показано расположение Войкарской зоны. 1 – позднедокембрийские и палеозойские образования Западно-Уральской мегазоны; 2 – мезо-кайнозойский чехол Западно-Сибирской плиты; 3–10 – образования Войкарской зоны: 3 – докембрийские метабазиты и гипербазиты Дзеляюско-Хордъюсcкой подзоны, 4 – ордовикские метаморфизованные гипербазиты и габброиды, 5 – ордовикско-девонские вулканогенные и осадочно-вулканогенные образования, 6 – ранне-среднедевонские габброиды, диоритоиды и гранитоиды собского комплекса, 7 – ранне-среднедевонские габброиды, диориты и монцонитоиды конгорского комплекса, 8 – средне-позднедевонские гранитоиды янаслорского комплекса, 9–10 – позднепалеозойские образования мусюрского комплекса (9 – силл габбродолеритов первой фазы, 10 – дайки: а – монцодиорит-порфиров второй фазы, б – лампрофиров третьей фазы, в – эссексит-долеритов), 11 – Главный Уральский надвиг, 12 – реки (а) и озера (б), 13 – районы исследований (I – Тоупугол-Ханмейшорский, II – бассейн р. Макаррузь, III – бассейн р. Кокпела).

Поскольку оставалась неопределенность со статистически непредставительными молодыми датировками, нами проведено дополнительное определение возраста базитов ⁴⁰Ar/³⁹Ar-методом в монофракциях первичных амфибола и плагиоклаза по стандартной методике [7]. Были изучены магматические тела трех фаз внедрения мусюрского комплекса на трех участках (рис. 1). Таблица с результатами датирования доступна по запросу у первого автора.

В Тоупугол-Ханмейшорском рудном районе (участок I на рис. 1) нами изучены силл и дайки, сложенные породами основного и среднего состава, которые прорывают средне-верхнеордовикские вулканиты соколинской, силурийские вулканогенно-осадочные породы тоупугольской и нижне-среднедевонской тоупуголъегартской толщ, а также ранне-среднедевонские диориты собского комплекса. Первая фаза мусюрского комплекса здесь представлена силлом, сложенным габбро-долеритами, габбродиоритами и диоритами. Силл вскрыт карьером месторождения Новогоднее-Монто и выходит далеко за его пределы, простираясь в северо-восточном направлении на 5.5 км при мощности до 200 м. Породы характеризуются порфировидной габбро-офитовой структурой, массивной текстурой, сложены плагиоклазом, клинопироксеном, титаномагнетитом и кварцем. Породы, содержащие 49.5–56.7 мас. % SiO₂, характеризуются нормальной и повышенной щелочностью (K₂O + Na₂O 2.8–6.4 мас. %) (рис. 2а), относящейся к Na-типу (Na₂O/K₂O 5.5–62.9). В породах силла установлены вариации содержаний (мас. %) TiO₂ (0.7–2.1), Al₂O₃ (15.0–17.2), FeO_(общ.) (7.8–14), MgO (3.5–7.9), CaO (4.4–9.6), Na₂O (2.6–6.2), K₂O (0.1–0.8), P₂O₅ (0.1–0.5).

Рис. 2.

Геохимические диаграммы для интрузивных пород мусюрского комплекса Войкарской зоны Полярного Урала. (а) (Na₂O + K₂O)–SiO₂; (б) мультиэлементная диаграмма, нормировано к примитивной мантии по [8]. 1–4 – интрузивы Тоупугол-Ханмейшорского рудного района: 1 – силл габбро-долеритового, габбродиоритового и диоритового составов (первая фаза), 2 – дайки монцодиорит-порфиров (вторая фаза), 3 – дайки лампрофиров (третья фаза), 4 – пегматоидные сегрегации лейкократовых лампрофиров (третья фаза); 5 – дайки высокотитанистых эссексит-долеритов более южных районов Войкарской зоны (долины рек Макаррузь и Кокпела); 6–8 – составы базальтов различных типов, по [8]: 6 – NMORB, 7 – EMORB, 8 – OIB.

Ко второй фазе мусюрского комплекса отнесены дайки монцодиорит-порфиров северо-западного простирания, их мощность изменяется от 3 до 20 м; одна из даек сечет габбро-долериты первой фазы. Монцодиорит-порфиры обладают резко порфировидной структурой; вкрапленники представлены клинопироксеном и плагиоклазом, а мелкозернистая основная масса сложена калиевым полевым шпатом, плагиоклазом, клинопироксеном, кварцем и титаномагнетитом. В монцодиорит-порфирах с концентрацией SiO₂ 53.4–55.5 мас. % выявлена повышенная щелочность (K₂O + Na₂O 5.0–7.9 мас. %) (рис. 2а) К- и K–Na-типов (Na₂O/K₂O 0.9–1.9). Вариации содержаний породообразующих оксидов в дайках небольшие (мас. %): TiO₂ (1.1–1.2), Al₂O₃ (16.5–19.7), FeO_(общ.) (6.9–10.3), MgO (2.9–4.6), CaO (5.7–8.5), Na₂O (3.1–3.7), K₂O (1.7–4.2), P₂O₅ (0.3–0.4).

Третья фаза комплекса включает дайки лампрофиров мощностью 1–9 м, простирающиеся в северо-западном, западном и северо-восточном направлениях. Внутри некоторых меланократовых даек встречаются ветвящиеся пегматоидные сегрегации лейкократового облика мощностью от первых мм до 20 см. Контакты с вмещающими лампрофирами постепенные, количество темноцветных вкрапленников в этих обособлениях по мере приближения к контактам увеличивается. Лампрофиры имеют порфировидную лампрофировую структуру и массивную текстуру. В меланократовых разностях вкрапленники сложены преимущественно клинопироксеном (1–1.5 мм) и единичными зернами амфибола (до 1 мм); в лейкократовых обособлениях клинопироксен исчезает, вкрапленников амфибола становится больше, до 7–10 об. %, а их размер увеличивается до 1.5–2 мм. По минеральному составу породы относятся к подгруппе полевошпатовых лампрофиров (одиниты, малхиты и спессартиты). По петрохимической классификации (рис. 2а) они являются породами нормальной и повышенной щелочности с сильно варьирующими параметрами (K₂O + Na₂O 2.3–8.5 мас. % при SiO₂ 48.7–56.2 мас. %) Na-, K–Na- и реже K-типов (Na₂O/K₂O 0.6–51.5) с низкими и умеренными содержаниями TiO₂ (0.7–1.5 мас. %), значительными вариациями (мас. %) Al₂O₃ (10.9–17.4), FeO_(общ.) (4.8–12.1), MgO (2.9–14.7), CaO (7–12.4), Na₂O (1.7–5.9), K₂O (0.1–5.2), P₂O₅ (0.2–0.8).

В более южных частях Войкарской зоны по рекам Макаррузь и Кокпела (участки II и III на рис. 1) было опробовано 5 даек массивных долеритов. Дайки прорывают ранне-среднедевонские диориты собского и конгорского комплексов. Мощность даек 0.8–15 м, простирание – восток-северо-восточное. В эндоконтактовых зонах даек мощностью 1–10 мм долериты однородные стекловатые, а в центральных частях тел они приобретают порфировидную офитовую структуру. Породы сложены плагиоклазом, варьирующим по составу от андезина до альбита, авгитом, по краям обрастающим магнезиальной роговой обманкой, и магнезиальным биотитом. Для пород характерны незначительные изменения содержаний (мас. %): SiO₂ (49.9–50.5), TiO₂ (3.1–3.6), Al₂O₃ (13.5–15.7), FeO_(общ.) (12.2–13.1), MgO (3.8–4.8), CaO (7.7–9.1), Na₂O (3.6–4.3), K₂O (0.3–1.2), P₂O₅ (0.6–1.3). Согласно петрохимической классификации (рис. 2а) они относятся к эссекситам с повышенной щелочностью (K₂O + Na₂O 4.3–5.5 мас. %) K–Na- и Na-типов (Na₂O/K₂O 3.3–15.0). Обращают на себя внимание высокие содержания TiO₂ и P₂O₅, максимальные среди всех изученных тел.

Для рассмотренных типов пород нормированные к составу примитивной мантии [8] спектры распределения элементов-примесей (рис. 2б) демонстрируют некоторое обогащение крупноионными литофильными элементами (Cs, Rb, Ba, Pb) и U, Th относительно высокозарядных элементов, а также наличие Ta–Nb-минимума и Pb-максимума. Габбродолериты первой фазы в меньшей степени обогащены большинством некогерентных элементов (Cs, Rb, Ba, Pb, U, Th, Ta, Nb, La, Ce, Pr, Nd, Eu) по сравнению с монцодиоритами и лампрофирами второй и третьей фаз. Эссексит-долериты более южных районов (бассейны рр. Макаррузь, Кокпела) имеют существенно более высокие концентрации высокозарядных (Ta, Nb, Ti) и редкоземельных (Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) элементов, а также Y и P при схожих концентрациях крупноионных литофильных элементов (Cs, Rb, Ba, Pb, Sr), U и Th по сравнению со средними составами пород второй и третьей фаз мусюрского комплекса Тоупугол-Ханмейшорского района. На диаграммах для определения геодинамических обстановок формирования базальтов (рис. 3), фигуративные точки составов изученных пород попадают в поля островодужных, рифтогенных или внутриплитных образований. Подобное (смешанное) сочетание геохимических характеристик могут иметь рифтогенные породы, образовавшиеся при плавлении деплетированных в надсубдукционной обстановке ультрабазитов мантийного клина.

Рис. 3.

Составы основных и средних пород мусюрского комплекса Войкарской зоны Полярного Урала на диаграммах, применяемых для определения геодинамической обстановки формирования базальтоидов. (а) (MnO*10)–TiO₂–(P₂O₅*10) [9]; CAB – известково-щелочные островодужные базальты, IAT – островодужные толеиты, MORB – базальты срединно-океанических хребтов, OIT – толеиты океанических островов,  OIA – андезиты океанических островов; (б) Th – (Zr/117) – (Nb/16) [10]; ICA – островодужные известково-щелочные базальтоиды, IAT – островодужные толеиты, N-MORB – базальты срединно-океанических хребтов нормального типа, E-MORB – базальты срединно-океанических хребтов обогащенного типа, WPT – внутриплитные толеиты, WPA – внутриплитные щелочные базальты; фигуративные точки составов пород соответствуют рис. 2.

⁴⁰Ar/³⁹Ar-датирование плагиоклаза из силла габбродолеритов первой фазы (обр. S8/15, 66°48′45″ с.ш., 66°29′37″ в.д.) показало (рис. 4а), что в высокотемпературной части возрастного спектра выделилось плато из трех ступеней, характеризующееся 53% выделенного ³⁹Ar и значением 347 ± 9 млн лет. Из дайки монцодиорит-порфиров второй фазы (обр. S22/15, 66°48′58″ с.ш., 66°29′02″ в.д.) был датирован плагиоклаз; в спектре выделилось плато из пяти ступеней (83% выделившегося ³⁹Ar), характеризующееся значением возраста 339 ± 4 млн лет (рис. 4б). Из дайки лампрофиров, относящейся к третьей фазе мусюрского комплекса (обр. S44/15, 66°48′51″ с.ш., 66°29′10″ в.д.), проанализирована навеска первичного амфибола. В спектре выделилось хорошее плато из четырех ступеней (91% выделившегося ³⁹Ar) со значением возраста 349 ± 3 млн лет (рис. 4в). Для одной из даек меланократовых лампрофиров был датирован амфибол из пегматоидного лейкократового прожилка (обр. S47/15, 66°48′51″ с.ш., 66°29′10″ в.д.). В спектре выделилось плато из двух ступеней (81% выделившегося ³⁹Ar), характеризующееся значением возраста 334 ± 3 млн лет (рис. 4г). Результаты ⁴⁰Ar/³⁹Ar датирования плагиоклаза из дайки высокотитанистых эссексит-долеритов (обр. S11/4-2, 66°44′30″ с.ш., 65°13′46″ в.д.) показали (рис. 4д), что в возрастном спектре выделилось хорошее плато из пяти ступеней, характеризующееся 80% выделенного ³⁹Ar и значением 313 ± 10 млн лет.

Рис. 4.

Результаты ⁴⁰Ar/³⁹Ar-датирования базитов мусюрского комплекса для: (а) плагиоклаза из силла габбродолеритов первой фазы, (б) плагиоклаза из дайки монцодиорит-порфиров второй фазы, (в) роговой обманки из дайки лампрофиров третьей фазы, (г) роговой обманки из пегматоидного прожилка лейкократовых лампрофиров третьей фазы, (д) плагиоклаза из дайки эссексит-долеритов (средн. теч. р. Макаррузь).

Все датируемые породы образовались в условиях гипабиссальной фации глубинности, для которой характерно их быстрое остывание после консолидации. Поэтому фиксируемые ⁴⁰Ar/³⁹Ar-датировки должны соответствовать времени их формирования.

Каменноугольный ⁴⁰Ar/³⁹Ar-возраст базитов согласуется с геологическими данными, но противоречит опубликованным ([6] и ссылки в этой работе) пермо-триасовым датировкам самых молодых единичных зерен циркона из этих же проб. Причина получившегося расхождения не ясна. Можно предположить удревнение аргоновых датировок, связанное с захватом радиогенного аргона из вмещающих диоритов и монцонитов собского и конгорского комплексов, но в этом случае трудно было бы ожидать столь хорошую взаимную согласованность датировок, полученных нами по минералам из разных пород. Кроме этого, присутствие избыточного радиогенного аргона должно было привести к дискордантной, например – седлообразной форме возрастного спектра [11]. Более вероятным, на наш взгляд, кажется омоложение датировок циркона. Нарушение U/Pb-изотопной системы могло произойти в зернах циркона, содержащих метамиктные участки.

Если интерпретировать полученные нами ⁴⁰Ar/³⁹Ar-датировки 347 ± 9, 339 ± 4, 349 ± 3, 334 ± 3 и 313 ± 10 млн лет как время кристаллизации гипабиссальных тел мусюрского комплекса, то каменноугольный возраст этих базитов соответствует времени коллизии Полярноуральской островодужной системы с палеоконтинентом Аркт-Лавруссия (Арктида + Балтика + Лаврентия), которая привела к образованию Раннеуральского орогена [12].

Внедрение даек и силлов могло происходить в местах локального растяжения на син- и постколлизионном этапах. Преобладающее северо-западное (вкрест предполагаемого орогена) простирание даек Тоупугол-Ханмейшорского района, преимущественно надсубдукционные геохимические черты слагающих их пород, а также раннекаменноугольные датировки (349–334 млн лет) приводят к выводу о вероятной синколлизионной обстановке их формирования. Ортогональное северо-восточное (вдоль оси орогена) простирание даек эссексит-долеритов более южных районов, значительно более высокие концентрации в них высокозарядных элементов, свойственные в большей степени рифтогенным и внутриплитным породам, а также их позднекаменноугольный возраст (313 млн лет) предполагают для внедрения этих даек постколлизионный режим.

На Южном Урале для базитовых интрузивов, связанных с подобными процессами, также известны датировки близкого возраста: 357 ± 8 млн лет (⁴⁰Ar/³⁹Ar-метод, по амфиболу, краснохтинский комплекс) [13], 328.9 ± 0.78 и 324.78 ± 0.46 млн лет (U–Pb-метод, по циркону и бадделеиту, худолазовский комплекс), 321 ± 15 млн лет (Sm/Nd-метод, улугуртауский комплекс) [14].