Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2020, T. 495, № 1, стр. 37-41

ВВЕДЕНИЕ

Курский архейский блок расположен в северо-восточной части мегаблока Сарматия. В Курском блоке находятся несколько крупных синформ, где залегают палеопротерозойские вулканогенно-осадочные толщи: западная Белгородско-Михайловская структура, состоящая из Белгородской и Михайловской синформ, и восточная Орловско-Тимская структура, включающая Орловскую, Тим-Ястребовскую, Волотовскую и Авильскую синформы (рис. 1).

Рис. 1.

Схематическая структурная карта Сарматии.

Ранее опубликованный U–Pb-изотопный возраст цирконов из метадацитов тимской свиты составляет 2167 ± 288 млн лет [1] и не может служить для определения стратиграфического положения и геодинамической природы вулканогенно-осадочных отложений Орловско-Тимской структуры. Они рассматривались как продукты континентального рифтогенеза [2], либо связывались с этапами энсиалического рифтогенеза и постколлизионного тафрогенеза [3].

Недавние геологические корреляции геологических событий показали, что в интервале 2.8–2.2 млрд лет мегаблок Сарматия, кратоны Пилбара и Каапвааль, возможно, находились составе суперкратона Ваалбара. На основании корреляции основных вулканитов тимской свиты Курского блока и формации Хекпоорт (~2220 млн лет) в кратоне Каапвааль, а также базальтов Чела Спрингс (2208 ± 15 млн лет) в кратоне Пилбара относительный возраст вулканитов тимской свиты принимался ~2200 млн лет [4].

Цель настоящей статьи – оценить возраст основных вулканитов тимской свиты для обоснования их стратиграфического положения и геодинамических интерпретаций в среднем палеопротерозое Восточной Сарматии.

ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ПОЗИЦИЯ

Вулканогенно-осадочные отложения тимской свиты Курского блока накапливались в обстановке континентального рифтогенеза [2–4]. Наиболее полный разрез тимской свиты представлен в центральной части Тим-Ястребовской структуры, где она с перерывом и небольшим угловым несогласием (~15°) залегает на породах курской серии [2].

На раннем этапе развития рифтовой впадины происходило излияние ферропикритов, ферропикробазальтов и щелочных (высокотитанистых) базальтов. Ареал их распространения ограничен центральной и северо-восточной частью Тим-Ястребовской структуры. Мощность потоков от 3 до 30 м [2]. В разрезе тимской свиты вместе с основными вулканитами присутствуют углеродистые сланцы в центральной части, метапесчаники и метагравелиты на периферии. По мере углубления рифтовой долины отмечается смена характера вулканизма на толеитовый (базальты и андезибазальты), ареал распространения которых значительно шире. Помимо Тим-Ястребовской структуры, он охватывает Орловскую и Авильскую синформы. Потоки базальтов мощностью до 140 м чередуются с прослоями углеродистых и карбонат-содержащих сланцев, алевропесчаников и карбонатных пород [2, 4]. Породы тимской свиты претерпели зональный метаморфизм в условиях зеленосланцевой и амфиболитовой фаций [5].

Коллизия Волго-Уралии и Сарматии на рубеже ~2.1 млрд лет [6] привела к закрытию рифтогенных структур, складчатости и метаморфизму с возрастом 2.07 млрд лет во всей Восточной Сарматии [5].

ПЕТРОГРАФИЯ И ПЕТРОХИМИЯ

Метаандезибазальты – зеленовато-серые породы, текстура миндалекаменная, структура – порфировая. Миндалины выполнены кварцем. Размер миндалин до 3–4 мм. Содержание до 10–12%. Фенокристы представлены таблитчатыми зернами плагиоклаза (андезин) размером до 0.8 мм. Основная масса сложена тонкозернистым агрегатом зерен плагиоклаза (олигоклаз-андезин) 50–70%, биотита до 15%, амфибола до 10–15%, хлорита до 10%, кварца и сфена до 5%. Акцессорные минералы – циркон, апатит, магнетит.

Содержания SiO₂ и TiO₂ в метаандезибазальте (образец 4315/491) 53.1 и 2.3 мас. %. Сумма Na₂O + + K₂O равна 4.8 мас. %, Na₂O/K₂O = 4.9. Величина Мg# – 0.31. Концентрации Cr и Ni составляют 55 и 40 г/т соответственно. Метаандезибазальты имеют высокие содержания высокозарядных и редкоземельных элементов: Zr (204 г/т), Nb (35 г/т); Ta (2.3 г/т); Y (21 г/т). ΣРЗЭ (184 г/т), с фракционированным распределением (La/Yb)_n = 11.1, (Gd/Yb)_n = 3.3. Eu-аномалия отсутствует (Eu/Eu* = = 1.08).

U–Pb-ИЗОТОПНЫЙ ВОЗРАСТ

Цирконы для изотопного датирования выделены из миндалекаменного метаандезибазальта (обр. 4315/491). Измерения абсолютного возраста цирконов выполнены на масс-спектрометре SHRIMP-II в Центре изотопных исследований ВСЕГЕИ, г. Санкт-Петербург, по стандартной методике с использованием эталонных цирконов “91500” и “Temora” ([7] и ссылки в ней).

Цирконы представлены субидиоморфными и идиоморфными призматическими кристаллами размером от 100 до 300 мкм. В катодной люминесценции в цирконах наблюдается тонкая осцилляционная зональность (рис. 2), что предполагает их исходную магматическую природу. Зональность, характерная для метаморфогенных цирконов, не установлена. Возраст кристаллизации цирконов по верхнему пересечению с конкордией составляет 2099 ± 8 млн лет, средневзвешенный ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb-возраст цирконов – 2088 ± 6 млн лет (рис. 3).

Рис. 2.

Катодолюминесцентные снимки цирконов из метаандезибазальта тимской свиты (обр. 4315/491) и точки определения возраста их кристаллизации.

Рис. 3.

Результаты U–Pb-датирования миндалекаменного метаандезибазальта Курского блока.

ГЕОДИНАМИЧЕСКАЯ ОБСТАНОВКА И ВЫВОДЫ

Породы тимской свиты с возрастом ~2.1 млрд лет были отделены длительным перерывом от терригенно-хемогенных отложений курской серии, накопившихся в период ~2.6–2.4 млрд лет в условиях пассивной континентальной окраины [4, 8]. Близость возраста основных вулканитов (2099 ± 8 млн лет), закрытия Волго-Донского океана (~2.2–2.1 млрд лет) [9], коллизии (2.1 млрд лет) [6] и метаморфизма (2.07 млрд лет) [5] ставят под сомнение версию о базальтовом магматизме за счет мантийного плюма в условиях континентального рифтогенеза. Мы полагаем, что базитовый вулканизм в пределах Орловской, Тим-Ястребовской и Авильской структур связан с прекращением субдукции океанической плиты на рубеже около 2.1 млрд лет под континентальную окраину Курского блока. В результате распада субдуцируемой плиты образовалось окно (slab-window), способствующее апвеллингу астеносферной мантии, развитию процессов рассеянного рифтогенеза и базальтовому магматизму. Эти выводы подтверждаются изотопно-геохимических признаками смешанного (астеносферно-литосферного) источника базитовых расплавов [10] и линейным расположением рифтовых структур, вдоль зоны конвергенции архейского Курского блока и палеопротерозойского Волго-Донского орогена.

Таким образом, корреляции мегаблока Сарматия с суперкратоном Ваалбара, состоящим из кратонов Пилбара и Каапвааль, нужно ограничить интервалом 2.8–2.3 млрд лет, до накопления вулканогенно-осадочной толщи тимской свиты.