Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2022, T. 505, № 1, стр. 53-61

Урикско-Ийский грабен представляет собой интракратонную структуру северо-западного простирания на юго-западной окраине Сибирского кратона (рис. 1). Формирование грабена связано с несколькими этапами растяжения континентальной литосферы в интервале 1.91–1.53 млрд лет, сопровождавшимися процессами осадконакопления и базитового и гранитоидного магматизма [1]. В период между 720 и 630 млн лет, во время структурной перестройки, связанной с распадом суперконтинента Родиния ([2] и др.), в пределах Урикско-Ийского грабена произошло становление массивов ультраосновных, щелочных пород и карбонатитов – Белозиминского, Среднезиминского и Большетагнинского, с которыми связаны крупные запасы Nb, Ta, U, Th, TR, P, Pb, Zn и флюорита [3]. Наряду с массивами щелочных пород на данной территории широко представлены дайки и жилы айлликитов, слюдяных пикритов, кимберлитоподобных беспироксеновых пикритов, лампроитов и редкие трубки взрыва. Однако в настоящее время лишь для Белозиминского массива получены U–Pb- и ⁴⁰Ar/³⁹Ar-изотопные датировки: от 645 до 643 млн лет (ID-TIMS U-Pb анализ граната [4], ⁴⁰Ar/³⁹Ar датирование флогопита [5], TIMS U-Pb анализ циркона [2]). Изотопное датирование дайково-жильных пород выполнено преимущественно K–Ar- и Rb–Sr-методами. Значения возраста, полученные K–Ar-методом для пикритов, составляют от 698 до 603 млн лет [6], для айлликитовых брекчий Белозиминского массива и трубки “Южной” получены ⁴⁰Ar/³⁹Ar-значения 645–622 млн лет [7]. Датировки   лампроитов, полученные ⁴⁰Ar/³⁹Ar-, Rb–Sr- и U–Pb-методами, варьируют от 1481 до 300 млн лет [8]. С целью детализации истории геологического развития интракратонной мобильной зоны, уточнения последовательности формирования продуктов мантийного магматизма, а также выяснения генезиса щелочных расплавов выполнено изотопно-геохимическое изучение пород Большетагнинского массива, даек айлликитов и пикритов, пространственно ассоциирующихся с массивом (рис. 1).

Рис. 1.

Схемы геологического строения южной части Сибирского кратона (а) и участка работ (б). На рис. а): 1 – фанерозойский осадочный чехол; 2 – раннедокембрийские выступы фундамента (Бк – Байкальский, Б – Бирюсинский, Г – Голоустенский, Ш – Шарыжалгайский); 3 – палеопротерозойский Урикско-Ийский грабен (У); 4 – отложения неопротерозойской окраины кратона; 5 – Центрально-Азиатский складчатый пояс; 6 – расположение участка работ; на рис. б): 7 – кайнозойские отложения; 8 – вулканогенно-осадочные отложения PR₁ и RF₁; 9 – зиминский комплекс ультраосновных-щелочных пород и карбонатитов RF₃; 10 – граниты (а) и гнейсо-граниты (б) PR₁, 11 – габбро-диабазы PR₁; 12 – дайки, жилы (а) и трубки (б) ультраосновного состава (вне масштаба); 13 – разломы; 14 – номера проб.

Большетагнинский массив (рис. 1) имеет зонально-кольцевое строение, обусловленное последовательным формированием ийолитов-мельтейгитов, нефелиновых и субщелочных сиенитов, кальцитовых и анкерит-кальцитовых карбонатитов. Особенностью массива является широкое участие в его составе калишпатовых сиенитов, оказавших метасоматическое воздействие на ранее закристаллизовавшиеся щелочные породы [3]. Дайки беспироксеновых флогопитовых пикритов прорывают ийолиты и сиениты, но предшествуют карбонатитам или являются интракарбонатитовыми.

Дайки ультраосновного состава прорывают песчано-сланцевые отложения PR₁ и породы массивов (рис. 1 б). Дайки имеют крутое падение, мощность от первых десятков сантиметров до 10–20 м и протяженность до сотен метров. Большинство даек представлены айлликитами. Вкрапленники в них образованы частично серпентинизированным оливином Fo_82–88, флогопитом, титаномагнетитом. Основная масса сложена оливином, флогопитом, кальцитом (10–40%), диопсидом, титанавгитом, отмечаются керсутит, эгирин, микроклин, альбит; акцессорные минералы представлены хромшпинелидами, титаномагнетитом, перовскитом, манганильменитом, апатитом и др.

Одна из даек, известная под названием “Бушканайской” (рис. 1), неоднородна по петрографическому составу. Дайка сложена пикритом, состоящим из серпентинизированного оливина (15–20%) и редкого флогопита, заключенных в основную массу из серпентина, диопсида, роговой обманки, флогопита, андрадита, хромшпинелидов, титаномагнетита, перовскита, апатита, кальцита и др. Пикрит содержит меланократовые включения величиной до 20 см, на 80–85% сложенные серпентинизированным оливином; второстепенные минералы представлены хромдиопсидом, хлоритизированным флогопитом, кальцитом, серпентином, хромшпинелидами, титаномагнетитом, апатитом, андрадитовым гранатом. Кроме того, в пикрите наблюдаются прожилки с неотчетливыми границами, богатые клинопироксеном – хромдиопсидом, авгитом и титанавгитом (20–25%) и слюдой (10–15%), но бедные оливином (около 5%).

В пределах Большетагнинского массива дайки представлены флогопитовыми беспироксеновыми пикритами. Вкрапленники в них образованы серпентинизированным оливином и флогопитом; основная масса состоит из серпентина, серпентинизированного оливина, флогопита, кальцита, хлорита, меланита, гроссуляр-андрадитового граната, монтичеллита, акцессорных хромшпинелидов, титаномагнетита, перовскита, апатита, сульфидов Fe, Ni, Cu и др.

Время формирования Большетагнинского массива определено ¹⁴⁷Sm–¹⁴³Nd-методом (табл. 1). Изохрона с возрастом 640 ± 11 млн лет получена по образцам ийолита, нефелинового сиенита, калишпатового сиенита, кальцитового и кальцит-доломитового карбонатитов (рис. 2). Точки дайковых пикритов и айлликитов располагаются на изохроне или вблизи нее (рис. 2, врезка), что указывает на генетическую связь пород с общим событием плавления верхней мантии.

Рис. 2.

Sm–Nd-изохрона для пород Большетагнинского массива. На врезке показано положение точек изотопного состава даек на изохроне: 1 – породы массива; 2 – дайки лампрофиров и пикритов. Номера проб соответствуют табл. 1. Изохрона построена с помощью программы IsoplotR [12].

Для определения возраста даек выполнено ⁴⁰Ar/³⁹Ar-датирование флогопита из айлликитов (53/8 и 111/8) и пикрита (47/8). Результаты измерений приведены в табл. 2, возрастные спектры на рис. 3; ошибки измерений, приведенные в тексте и на рисунках, соответствуют интервалу ±1σ. Для установления “избыточного аргона” авторами также производились расчеты возрастов методом построения изохронной регрессии. Пригодных для опубликования изохрон получить не удалось; при этом, в результате построения изохрон, наличие “избыточного аргона” выявлено не было.

Рис. 3.

⁴⁰Ar/³⁹Ar-возрастные спектры для флогопита из ультраосновных даек.

⁴⁰Ar/³⁹Ar-возрастные спектры образцов 111/8 и 47/8 имеют хорошо выраженные возрастные плато, соответствующие 644.1 ± 8.6 млн лет и 87.4% выделенного ³⁹Ar и 646.1 ± 8.6 млн лет и 99.4% выделенного ³⁹Ar соответственно (рис. 3). Образец 53/8 имеет “седлообразную” форму возрастного спектра. Этот спектр не дает надежной геохронологической информации.

Значения ε_Nd(Т), скорректированные на время 640 млн лет, для пород Большетагнинского массива, в том числе дайке пикрита, составляют от +4.2 до +5.0 (табл. 1). В то же время (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_t варьирует: в ийолите и карбонатитах оно 0.7031–0.7033, в нефелиновом сиените более высокое – 0.7044, а в пикрите низкое 0.7025. Айлликиты имеют значения ε_Nd(T) и (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_t, близкие к таковым в ийолите и карбонатитах массива (табл. 1), тогда как породы “Бушканайской” дайки демонстрируют повышенное (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_t 0.7055–0.7059 и бóльший разброс значения ε_Nd(T): от +2.9 до +4.5 (табл. 1).

Раннее полученные датировки по Белозиминскому массиву варьируют от 622 до 645 млн лет [2, 4, 5, 7]. Представленные в нашей работе данные о возрасте пород Большетагнинского массива, а также айлликита и пикрита за пределами массива, в пределах погрешности совпадают с этими датировками.

Значения ε_Nd(T) и ε_Sr(Т) в породах Большетагнинского массива и айлликитах соответствуют значениям, полученным другими авторами для щелочно-карбонатитовых массивов Урикско-Ийского грабена [14, 15] (рис. 4). Эти породы имели единый мантийный источник, близкий по изотопным характеристикам к источнику OIB. Обогащенность пород несовместимыми микроэлементами позволяет предполагать предшествовавшее плавлению метасоматическое изменение мантийного субстрата [16].

Рис. 4.

Диаграмма ε_Nd(Т)–ε_Sr(Т) для пород Большетагнинского массива и ультраосновных даек. 1 – породы массива по данным авторов; 2 – дайки лампрофиров и пикритов; 3 – щелочные породы и карбонатиты Белозиминского, Среднезиминского и Большетагнинского массивов по данным [14, 15]. DMM – обедненная мантия MORB; OIB – базальты океанических островов; EM I и EM II – обогащенная мантия. Поля DMM, OIB и компоненты EM I и EM II из работы [17].

Ийолит и карбонатиты Большетагнинского массива имеют близкие ε_Nd(Т) и ε_Sr(Т) (табл. 1, рис. 4), указывающие на отделение щелочного силикатного и карбонатного расплавов от одной и той же родительской магмы. Повышенное отношение (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_t в нефелиновом сиените (обр. 106/9), возможно, обусловлено метасоматическим воздействием на эту породу со стороны полевошпатовых сиенитов, что выражается в микроклинизации, сопровождавшейся привносом Rb. Альтернативой является контаминация нефелин-сиенитового расплава верхнекоровым материалом, обогащенным радиогенным Sr, но обедненным редкоземельными элементами.

Вариации отношения (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_t в слагающих дайки беспироксеновом пикрите (обр. 116/9) и айлликитах (обр. 531/9 и 97/8), возможно, указывают на разную степень флогопитизации мантийного субстрата, с которой связан рост отношений Rb/Sr и ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr.

Образцы 47/8, 49/8 и 51/8 из “Бушканайской” дайки на диаграмме ε_Nd(Т)–ε_Sr(Т) (рис. 4) занимают обособленное положение. Повышенное отношение (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_t может свидетельствовать в пользу контаминации веществом верхней коры с высоким ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr-отношением. К сожалению, данные по изотопному составу Sr в породах Урикско-Ийского грабена отсутствуют. Более низкое значение ε_Nd(Т) в оливините (обр. 51/9) и слюдяном пикрите (обр. 49/9) по сравнению с пикритом (обр. 47/9), слагающим основной объем дайки (табл. 1), позволяет предполагать, что совмещенные в дайке породы не являются продуктами кристаллизационной дифференциации одного и того же ультраосновного расплава, а являются производными разных расплавов.

Пространственная совмещенность и близкий возраст ультрамафитовых даек и щелочно-карбонатитовых массивов указывают на их генетическую общность – связь с одним и тем же эпизодом плавления участков умеренно деплетированной мантии, претерпевших предварительное метасоматическое обогащение несовместимыми микроэлементами. Вариации значения ε_Sr(Т) в породах отражают как неоднородность изотопного состава мантийного источника, так и вероятную контаминацию породами верхней континентальной коры, что особенно выражено для пород “Бушканайской” дайки.