Вік, геохімічні особливості та можливі джерела походження детритового монациту території України

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ГЕОХІМІЇ, МІНЕРАЛОГІЇ ТА РУДОУТВОРЕННЯ ІМЕНІ М.П. СЕМЕНЕНКА

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата геологічних наук

ВІК, ГЕОХІМІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ ТА МОЖЛИВІ ДЖЕРЕЛА ПОХОДЖЕННЯ ДЕТРИТОВОГО МОНАЦИТУ ТЕРИТОРІЇ УКРАЇНИ

Спеціальність 04.00.02 - „геохімія”

Андреєв Олексій Олександрович

КИЇВ - 2011

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Українському державному геологорозвідквальному інституті Міністерства екології та природних ресурсів України

Науковий керівник: доктор геологічних наук, Степанюк Леонід Михайлович Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П. Семененка НАН України заступник директора з наукових питань

Офіційні опоненти: доктор геолого-мінералогічних наук Вальтер Антон Антонович, Інститут прикладної фізики НАН України, м. Суми завідувач відділом фізичних методів дослідження руд

кандидат геолого-мінералогічних наук Лісна Ірина Михайлівна, Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П. Семененка НАН України старший науковий співробітник відділу ізотопної геохімії та мас-спектрометрії

Захист відбудеться „15” березня 2011 р. о 10 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.203.01 при Інституті геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П.Семененка НАН України за адресою: 03680, м. Київ-142, пр. Акад. Палладіна, 34. E-mail: secretary@igmof.gov.ua

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П.Семененка НАН України (03680, м.Київ-142, пр. Акад. Палладіна, 34)

Автореферат розісланий „11”_лютого_ 2011 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат геологічних наук Донський М.О.

АНОТАЦІЯ

Андреєв О.О. Вік, геохімічні особливості та можливі джерела походження детритового монациту території України. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата геологічних наук за спеціальністю 04.00.02 - геохімія. Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П. Семененка НАН України, Київ, 2011.

Показано, що в осадовому чохлі України (девонські, неоген-палеогенові та сучасні відклади) регіонально поширені монацити неопротерозой-ранньопалеозойського віку, частка яких має тенденцію до зростання зі сходу (поодинокі знахідки) на захід (до 98%). У вікових спектрах таких монацитів виділяються головний максимум в діапазоні 400-600 млн. р., та менш інтенсивні максимуми в інтервалах 750-850 і 900-1000 млн. р.

Запропоновані геохімічні параметри (співвідношення Y/ThЧU/Th - Sr/Y), які дозволяють розрізняти монацити з порід: а) високих (переважно гранулітової фації метаморфізму) та б) відносно низьких Р-Т умов формування. Древній детритовий монацит за вказаними параметрами відповідає монациту з порід Українського щита у співвідношенні а:б ? 2:3, а молодий детритовий монацит представляє переважно продукти руйнування кислих, відносно слабо метаморфізованих порід, які не мають прямих аналогів на УЩ. Вікові та геохімічні характеристики молодих детритових монацитів свідчать про наявність багатьох джерел їх появи в осадових утвореннях України. Виходячи із гранулометрії зерен молодого детритового монациту, передбачається можливість відносно далекого привносу мінералу на територію України. Джерелами його можуть бути каледоніди та байкаліди Європи, насамперед, найдревніші породи Карпат.

Ключові слова: монацит, вік, геохімічні особливості, можливі джерела походження, Україна

АННОТАЦИЯ

Андреев А.А. Возраст, геохимичесие особенности и возможные источники происхождения детритового монацита территории Украины. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата геологических наук по специальности 04.00.02 - геохимия. Институт геохимии, минералогии и рудообразования имени Н.П. Семененко НАН Украины, Киев, 2011.

Показано, что в осадочном чехле Украины (девонские, палеоген-неогеновые и современные отложения) регионально распространены монациты неопротерозой-палеозойского возраста, доля которых имеет тенденцию к возрастанию с востока (единичные находки) на запад (98%). В возрастных спектрах таких монацитов виделяется главный максимум в диапазоне 400-600 млн. лет, а также менее интенсивные максимумы в интервалах 750-850 и 900-1000 млн. лет.

Предложены геохимические параметры (соотношения Y/ThЧU/Th - Sr/Y), которые позволяют разделить монациты из пород: а) высоких (преимущественно гранулитовой фации метаморфизма); и б) относительно низких P-T условий образования. Древний детритовый монацит по геохимическим характеристикам соответствует монациту из пород Украинского щита в соотношении а:б ? 2:3, а молодой детритовый монацит представ ляет преимущественно продукты разрушения кислых, относительно слабо метаморфизованных пород, которые не имеют прямых аналогов на УЩ. Возрастные и геохимические характеристики молодых детритовых монацитов свидетельствуют о наличии многих источников их появления в осадочных образованиях Украины. Исходя из данных по гранулометрии зерен молодого детритового монацита, предполагается возможность дальнего переноса минерала на территорию Украины. Источниками его могли быть каледониды и байкалиды Европы, прежде всего - древнейшие породы Карпат.

Ключевые слова: монацит, возраст, геохимические особенности, возможные источники происхождения, Украина

ABSTRACT

Andreyev, A. A. Detrital monazite of Ukraine: age, geochemical features and its potential origin.

Thesis for candidate's degree by speciality 04.00.02 - geochemistry. Institute of Geochemistry, Mineralogy and Ore Formation of National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2011.

It's shown that Proterozoic-Early Paleozoic (1500 - 400 Ma) detrital monazites (totally 1500 single grains analyses) in Devonian, Paleogene, Neogene, Quaternary sediments have wide distribution with tendency to increase from East (single grains finding) to the West (up to 98%) of Ukrainian territory. Detrital monazite ages yeild most intensive moda within interval 400-600 Ma and less intensive modas in within 750-850 and 900-1000 Ma intervals. The proposed geochemical criteria (Y/ThЧU/Th - Sr/Y) allow to discriminate monazites from a) mostly high metamorphic grades (granulites); b) mostly low metamorphic grades (amphibolites) c) alkaline & carbonatitic rocks. The detrital monazites chemistry has been tested by such geochemical criteria. Thus Archean-Paleoproterozoic (`early') detrital monazite (more than 1500 Ma) corresponds to monazite from rocks of Ukrainian shield by age and in ratio of а) : b) ? 2 : 3, but c) type is almost absent by discrimination criteria. It's shown that NeoProterozoic-Paleozoic `young' detrital monazite (1500-400 Ma) possibly represents erosion of acid metamorphic parent rocks with relatively low grade, which have no direct analogues within Ukrainian Shield (Eastern European Craton). Age and chemical composition of young monazite gives evidence that different areas could be source of such detrital monazite.

Taking into account that `young' monazite is absent in sediments of Eastern Ukraine (Azov geoblock), the western direction is considered as more preferable to found primary sources of `young' detrital monazite. Source areas could be Neoproterozoic terrains of Europe including ancient Eastern Carpathian's rocks (Marmarosh massive in Ukraine). Hypothesis of long-distance arrival of `young' monazites to Ukrainian territory is supported by its relatively small size of grains compared to `early' monazite ones.

The technique of monazite analysis and dating used in the work (dating by total Pb method with Xray-fluorescent measurement of Th, U, Pb, Sr, Y content in single monazite grains - XRF/MilliProbe-Single Graines) is characterized by the uncertainity of ~100-150 million years (1у) for 2 Ga age and of ~50 Ma years (1у) for 500 Ma year age (5-10 % relative), which surely allows to distinguish between monazites of Archean-Paleoproterozoic and Neoproterozoic-Paleozoic ages. Simplicity of sample preparation, complete nondestructiveness and high productivity make the XRF/MP-SG technique as optimal tool for mass analysis of single mineral grains.

The results obtained for monazites (totally 757 crystals) from weathering crystalline rocks of Ukrainian Shield prove that monazites did not lose primary geochronological information (that is stability of Th-U-Pb system) under long term and intensive supergene conditions, thus monazite age does match host rock age. We affirm that the age of `young' monazite is correlating with the age of domains in potential source area.

Key words: monazite, age, geochemical features, potential origin source, Ukraine

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Наявність в теригенних відкладах в більшості регіонів України вельми значної за обсягом популяції монацитів віком 400-1000 млн. років поставило проблему встановлення можливих джерел їх походження. Ідентифікація проявів магматичної активізації гренвільського - каледонського етапів в межах Українського щита (УЩ) або суміжних регіонів відкриває перспективи для пошуку широкого спектру корисних копалин. Однак до сьогоднішнього часу плутонічні породи такого віку на УЩ не знайдені, а волинські трапи, вулканіти Дніпрово-Донецької западини (ДДЗ) і Донецького басейну, дайки відповідного віку УЩ не могли дати такої кількості теригенного монациту, оскільки представлені породами переважно основного складу, в яких монацит практично відсутній.

Залишалося також до кінця не з'ясованим і питання, яким реальним геологічним подіям відповідають виявлені, неочікувано низькі значення віку детритових монацитів. Чи відповідають ці значення віку материнських порід, чи є результатом порушень U-Th-Pb системи внаслідок впливу на монацит різних пізніх процесів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася в період 2006-2010 рр. в рамках держбюджетної теми 06БФ049-01 за планом науково-дослідницьких робіт Київського національного університету імені Тараса Шевченка (програма „Надра”) та в період 2008-2010 рр. в рамках держбюджетної теми №717 „Моніторинг та уточнення „Кореляційної хроностратиграфічної схеми раннього докембрію Українського щита” Українського державного геологорозвідувального інституту (УкрДГРІ).

Мета та задачі дослідження. Метою роботи було встановлення регіональної поширеності проявів “молодого” (0.4 - 1.5 млрд. років) детритового монациту та з'ясування його походження шляхом порівняння особливостей його складу зі складом та віком монациту з кристалічних порід території України. При цьому вирішувалися наступні задачі:

1. Встановити надійність оцінок віку монацитів методом загального свинцю з рентген-флуоресцентним визначенням вмісту U, Th, Pb.

2. Впевнитися в стійкості (“закритості”) U-Th-Pb системи монациту в екзогенних умовах, щоб довести, що низькі значення віку частини детритових монацитів характеризують саме вік корінних порід.

3. Встановити поширеність проявів молодого монациту в осадових утвореннях України різного віку (зокрема в дольодовикових).

4. Визначити геохімічні критерії типізації монациту з кристалічних порід України різного петротипу за вмістом елементів-домішок.

5. Визначити потенційні джерела постачання монациту (особливо молодого) в осадовий чохол України шляхом порівняння геохімічних характеристик та віку монациту з осадових відкладів і кристалічних порід.

Об'єкт дослідження - представницькі вибірки кристалів монациту з кристалічних порід та осадових утворень України (УЩ, Карпати, ДДЗ, Волино-Подільська плита, Причорноморська западина).

Предмет дослідження - геохімічні характеристики та вік досліджених монацитів.

Методи дослідження і фактичний матеріал. В комплекс методів входили:

· методи та методики опробування кристалічних порід і об'єктів осадового походження,

· стандатні методи підготовки мінералогічних фракцій (фракціювання проб за густиною та магнітними властивостями);

· методи рентгеноспектрального флуоресцентного аналізу (РФА) мінералогічних проб на вміст мікроелементів, зокрема легких лантаноїдів, для оцінки наявності в них монациту;

· методи інструментальної діагностики окремих кристалів теригенних мінералів важких фракцій рентгеноспектральним флуоресцентним методом для знаходження, вилучення та формування статистично значимих вибірок кристалів монациту;

· метод кількісного РФА мікронаважок мономінеральних фракцій монациту;

· метод кількісного РФА окремих мікрокристалів монациту для визначення вмісту індикаторних елементів-домішок, оцінки їх віку та інструментальної гранулометричної характеристики;

· U-Pb ізотопне визначення віку монациту методом прямої термоіонної емісії.

Аналітичні дослідження проводились в лабораторії мінералого-геохімічних досліджень кафедри мінералогії, геохімії та петрографії геологічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка, а також в лабораторії прецизійних аналітичних досліджень Українського державного геолого-развідувального інституту.

Вивчено склад та вік монацитів з 45 об'єктів кристалічних порід УЩ (всього 1243 кристала), з 5 об'єктів кристалічних порід Мармарошського масиву (217 кристалів), з 18 об'єктів кір вивітрювання кристалічних порід УЩ (754 кристала) та з 9 об'єктів осадового походження (1542 кристала).

Наукова новизна отриманих результатів:

Вперше, шляхом прямого порівняння з даними ізотопного датування монацитів з одних і тих же об'єктів, встановлена надійність оцінки віку монацитів методом загального свинцю з рентген-флуоресцентним визначенням вмісту U, Th, Pb в окремих кристалах монациту в широкому інтервалі значень віку від архею до палеозою. Показано, що невизначеність значень оцінки віку монацитів для використаного метода становить ~ 5% відносних для архею - палеопротерозою і ~ 10% відносних для фанерозою.

На статистично значущому фактичному матеріалі встановленно, що гіпергенні умови, зокрема процеси короутворення, помітно не порушують U-Th-Pb ізотопну систему монацитів, і вік детритових монацитів відповідає віку материнських порід.

Вперше вивчена латеральна поширеність проявів молодих монацитів і встановлено, що в осадовому чохлі території України повсюдно, окрім Приазовського району, мають регіональне поширення монацити неопротерозой-палеозойського віку (1.1 - 0.4 млрд. років).

Вперше показано, що на відміну від таких акцесорних мінералів як циркон, апатит і сфен, однозначного зв'язку між вмістом елементів-домішок (Sr, Y, Pb, Th, U) в монациті та петрохімічним типом материнської породи не спостерігається, за винятком монацитів з нефелінвмісних лужних порід та карбонатитів.

Для типізації складу монацитів запропонована дискримінаційна діаграма в координатах Y/ThЧU/Th - Sr/Y, яка дозволяє розрізняти монацити з порід: а)високих (переважно гранулітової фації метаморфізму) та б) відносно низьких Р-Т умов формування.

Показана принципова подібність геохімічних, гранулометричних характеристик та віку древніх ( > 1.5 млрд. р.) детритових монацитів і монацитів з кристалічних порід УЩ з одного боку, а з іншого - молодих детритових монацитів і монацитів з кристалічних порід Мармарошського масиву Східних Карпат.

Сформульовано емпірично обґрунтоване припущення про походження основної частини молодих монацитів не з порід УЩ, а з кристалічних порід тектонічних структур, що оточують південно-західну частину Східно-Європейської платформи.

Наукові положення, які захищаються:

1. В осадових утвореннях території України присутня молода популяція монациту протерозой-ранньопалеозойського віку (1500-400 млн. років), частка якої складає в середньому близько 40%. Вона має регіональне поширення і варіює від поодиноких зерен у східній частині України (алювіальні та прибережно-морські розсипи Приазов'я) до 15-50% в палеоген-неогенових і четвертинних відкладах її центральної частини і сягає 98% в девонських відкладах Волині.

2. За геохімічними і віковими показниками древні монацити з осадових утворень відповідають дослідженим монацитам з кристалічних порід УЩ. Переважна більшість молодих детритових монацитів за геохімічними показниками не мають прямих аналогів серед досліджених монацитів з кристалічних порід УЩ.

3. Надходження молодих монацитів в осадові утворення України відбувалося з декількох джерел, про що свідчить розмаїття їх вікових та геохімічних характеристик. Результати дослідження єдиного об'єкту, який містить монацити відповідного віку (кристалічні породи Мармарошського масиву), свідчать про можливість певного, але не вирішального, вкладу таких монацитів в осадочний чохол України.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблені і застосовані в роботі засоби пошуку монациту в осадових утвореннях з вкрай низьким його вмістом та методи дослідження складу і оцінки віку окремих його кристалів дає можливість використання геохімічних та, особливо, геохронологічних характеристик мінералу для вирішення широкого кола задач, а саме:

1. Визначення особливостей петрофонду джерел постачання кластогенного матеріалу в осадові басейни і кореляція розрізів “палеонтологічно німих” теригенних товщ за геохімічними особливостями і віком детритового монациту.

2. Встановлення спрямованості транспортування уламкового матеріалу, з'ясування палеогеографічних умов осадконакопичення.

3. Прогнозна оцінка перспективності територій на виявлення деяких корисних копалин осадового генезису.

Особистий внесок здобувача в фактичний матеріал. Автор брав безпосередню участь в розробці кількісних методик дослідження складу окремих кристалів монациту та у виконанні всіх аналітичних досліджень. Усі емпіричні дані отримано та головні висновки дисертаційної роботи зроблено автором самостійно. Частину матеріалу (зразки неоген-палеогенових відкладів Піроговського кар'єру) відібрано і підготовлено до аналітичних досліджень безпосередньо автором.

Апробація результатів роботи Основні положення роботи доповідалися на наукових конференціях: 1)“Геологія і генезис рудних родовищ України (сучасний стан, нові підходи, проблеми та рішення)”. Матеріали науково-технічної наради. Київ, Департамент Державної геологічної служби Державного комітету природних ресурсів України. 27-29 квітня 2004 р.; 2) Analytical chemistry and chemical analysis (AC&CA-05) devoted to 100 anniversary of Anatoly Babko. (Kyiv, Ukraine, September 12-18, 2005); 3) Goldschmidt Conference, Cologne (Germany), 20-24 August 2007 р.; 4) Міжнародна наукова конференція „Актуальні проблеми геохімії, мінералогії, петрології та рудоутворення” Інституту геохімії мінералогії та рудоутворення ім. М.П. Семененка НАНУ, Київ, 19 - 20 лютого 2009 р.; 5) Міжнародна науково-практична конференція “Стратиграфия, геохронология и корреляция нижнедокембрийских породных комплексов фундамента Восточно-Европейской Платформы”, Київ, 31 травня - 4 червня 2010 р.; 6) Міжнародна наукова конференція “Сучасні проблеми літології осадових басейнів України та суміжних територій”, Інститут геологічних наук НАН України, Київ, 9 - 11 листопада 2010 р.

Публікації. По темі дисертації опубліковано 5 статей в фахових наукових виданнях і 7 тез доповідей наукових конференцій.

Обсяг та структура роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, п'яти розділів, висновку обсягом 124 сторінок. Робота містить 76 рисунків, 9 таблиць, список літературних джерел з 131 найменувань та додатків.

Автор щиро вдячний науковому керівнику доктору геол. наук Степанюку Л.М. за вирішальну допомогу у виконанні, підготовці та оформленні роботи. Аналітичні дослідження по темі дисертаційної роботи виконано головним чином на кафедрі мінералогії, геохімії та петрографії геологічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка за підтримки завідувача кафедри доктора геологічних наук Шнюкова С.Є., якому автор висловлює глибоку подяку. Автор щиро вдячний Мінєєвій В.М., Полканову Ю.О., Кривдику С.Г., Павлюку В.М. за люб'язно надані зразки важких фракцій, монофракцій та концентратів монациту. Велику допомогу при виконанні аналітичних досліджень та обговоренні результатів надали Андреєв О.В., Зінченко О.В., Синицин В.О., Савенок С.П., Бухарєв С.В., Омельчук О.Д. за що автор щиро вдячний. Велику подяку за допомогу в підготовці препаратів автор висловлює інженерам Хлонь О.А. і Сотніковій І.І.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі “Вивченість монациту, його поширеність, геохімічна і геохронологічна інформативність” надається загальна геологічна характеристика району дослідження (Україна), наводяться загальні відомості про монацит як мінеральний вид. Відмічається широке застосування монациту у геохронологічних дослідженнях кристалічних та осадових порід України та світу. Висвітлюється стан вивченості складу та віку монациту території України попередниками (Е.Е. Вайнштейн, Ю.Ю. Юрк, Є.С. Бурксер, М.М. Івантишин, В.В. Ляхович, В.І. Орса, В.П.Куц, О.І. Слензак, В.І. Кононов, М.П. Щербак та інші). Особливу увагу приділено роботам сучасних вчених, об'єктом дослідження яких були окремі кристали монациту з кристалічних порід (С.Є. Шнюков, І.І. Лазарєва, В.О. Синицин) та осадового чохла Українського щита (С.П. Савенок, С.М. Цимбал). Узагальнено дані щодо напрямів та результатів дослідження детритового монациту у сучасній світовій науковій літературі.

У другому розділі “Апаратура та методика досліджень” описується методика виділення монациту із важких фракцій мінералогічних проб з різним, у тому числі дуже незначним (<1 ppm), його вмістом з застосуванням комбінованого (рентгеноспектрально-оптичного) методу ідентифікації кристалів монациту, який поєднував у собі рентгеноспектральне визначення вмісту суми легких лантаноїдів у важких фракціях, візуальний пошук і виділення окремих кристалів - “кандидатів” у монацит з наступною перевіркою за характеристичним рентгенівським випромінюванням. Апаратурна реалізація методу дослідження мікроелементного складу (Th, U, Pb, Y, Sr) є аналогічною викладеній у роботі (Савенок С.П., 2005) і характеризується межею визначення для Sr, Y, Th, U, Pb - 5-10 г/т. При концентрації елементу, що аналізується, більшій на порядок за його межу визначення, масі зерна більшої за 0.5 мкг та часі вимірювання біля 10 хвилин, випадкова відносна похибка визначення вмісту елементів не перевищує 5 %.

Для кількісного визначення вмісту домішкових елементів у окремих кристалах застосовано методику, що базується на реєстрації сумарного потоку флуоресценції легких лантаноїдів, як міри маси зерна, з поправкою на вміст головних елементів-домішок (Th, Y).

Оцінка віку монациту виконувалася методом загального свинцю за визначеним вмістом U, Th, Pb. Коректність методу оцінки віку вибірково перевірялась шляхом порівняння отриманих значень віку з результами ізотопного датування монацитів архейського, протерозойського та палеозойського віку.

Встановлено, що використаний у роботі спосіб оцінки віку монацитів методом загального свинцю з ренгенофлуоресцентним визначенням вмісту Th, U, Pb в окремих зернах характеризуються невизначеністю 100-150 млн. р. (1у) для кристалів 2 млрд. віку і 50 млн. р. (1у) для 500 млн. віку (5-10 % відносних), і дозволяє надійно розрізняти монацити архей-палеопротерозойського і неопротерозой-палеозойського віку. Враховуючи абсолютну недеструктивність, простоту пробопідготовки і високу продуктивність, даний метод слід визнати оптимальним для масових досліджень окремих кристалів.

У третьому розділі “Геохімічні характеристики і вік монациту з кір вивітрювання порід УЩ“ наведено результати дослідження складу і оцінок віку окремих кристалів монациту з первинних каолінів родовищ Глухівці та Просяна, з кори вивітрювання уран-рідкісноземельного родовища Балка Корабельна, а також з розкритих свердловинами кір вивітрювання кристалічних порід Середнього Побужжя (район м. Вінниці).

Встановлено, що незважаючи на розмаїття кристалічних порід, вік монацитів з їх кір вивітрювання співпадає з віком материнського субстрату. В досліджених об'єктах не було зустрінуто жодного кристалу монациту з віком меншим 1500 млн. р. (рис.1). Це означає, що в найбільш екстремальних умовах зони гіпергенезу U-Th-Pb система монацитів не зазнає істотних порушень, і вік молодих монацитів з осадових утворень представляє саме вік їхніх материнських порід. Монацити з кір вивітрювання зберігають також і інші первинні геохімічні характеристики.

Рис.1. Віковий спектр об'єднаної вибірки монацитів з кір вивітрювання кристалічних порід УЩ.

У четвертому розділі “Геохімічні характеристики та вік монациту з кристалічних порід УЩ і Мармарошського масиву“ обговорюються отримані результати дослідження вмісту та співвідношень Sr, Y, Pb, Th, U в окремих кристалах монациту та середнього вмісту Ca, Sr, Y, Сe, La, Nd, Pr, Pb, Th, U в мікронаважках монофракцій монациту з порід різних тектонічних блоків УЩ і Мармарошського масиву з метою виявлення зв'язку між мікроелементним складом монациту і петрохімічним типом материнської породи.

Схема розташування об'єктів і типи порід, монацити з яких використано у дослідженні, наведена на рис.2.

Встановлено, що в різних координатах парних співвідношень елементів (Sr - Y; Sr/Ca - Y; Th - U, Th - Y; U - Y; La/Nd - Y; La/Nd - U/Th тощо) області складу монацитів з порід головних петрохімічних типів практичо повністю перекриваються. Постійно відрізняються лише монацити з лужних порід та карбонатитів, які характеризуються унікально низьким вмістом ітрію, торію та урану (що часто відмічалося і у закордонній літературі), а також специфічним складом рідкісноземельних елементів - незвично високим вмістом лантану порівняно з неодимом.

Рис.2. Схема розташування досліджених у роботі монацитвмісних об'єктів з кристалічних порід та осадових утворень України. Номерами позначені: сучасні та четвертинні відклади: 1 - відклади дніпровського горизонту, 2, 3, 4 - сучасні відклади пляжів; неоген-палеогеновї відклади й розсипи: 5 - Тарасівська розсип, 6 - розсип Зелений Яр, 7 - Малишевська розсип, 8 - розсип Червоний Кут, 9 - розсип Мокрі Яли, 10 - піски, Пироговський кар'єр (м. Київ); 11 - пісковики середнього девону (ейфелій). Чорний сектор - частка монациту неопротерозой-палеозойського віку.

У результаті дослідження різних варіантів геохімічних побудов вдалося провести типізацію монацитів за мультиплікативними коефіцієнтами в координатах U/ThЧY/Th - Sr/Y, виходячи з давно підміченого (Щербаков І.Б, 1975) факту, що мінерали з порід гранулітової фації мають більше Th/U відношення, ніж монацити з порід більш низьких РТ умов формування, а також виявленої нами достатньо тісної кореляції між вмістом урану та ітрію. Нарешті, було використане відношення Sr/Y як опосередкований показник кислотності-лужності мінералоутворюючого середовища (рис. 3).

Запропонований варіант дискримінаційної діаграми, хоча і є далеким від ідеалу, оскільки базується на обмеженій кількості хімічних елементів (Sr, Y, Th, U), все ж має ряд переваг перед розглянутими вище. На діаграмі горизонтальною лінією відокремлено область лужних порід і карбонатитів від усіх інших типів порід. Діагональною жирною лінією розділені області порід, сформованих в умовах гранулітової фації метаморфизму (піроксен-гранатові гнейси та кристалосланці, кварцити, ендербіти, чарнокіти), і область порід, переважно амфіболітової фації метаморфізму (амфіболіти, біотит- і амфіболвмісні гнейси тощо) та парагенні до них плутонічні утворення гранітоїдного ряду, включаючи їх пегматити. Додатковими лініями окреслені гранітоїди і асоціюючі з ними породи бердичівського та побузького комплексів, які поширені переважно у Дністровсько-Бузькому мегаблоці УЩ, а також гранітоїди кіровоградсько-житомирського комплексу, розповсюджені як в західній, так і в центральній частинах УЩ. Крім того, як самостійне, виділено поле пегматоїдних гранітів і пегматитів. Не знайшли обособлення фігуративні точки монацитів з порід основного (амфіболіти) і середнього (діорити) складу, які містять, як правило, надзвичайно мало мінералу. Монацити в них нерідко характеризуються віковою та геохімічною гетерогенністю і, найімовірніше, є переважно епігенетичними утвореннями. Сильно варіює склад монацитів у гранатвмісних породах, обумовлений, вочевидь, впливом характеру розподілу ітрію та інших елементів- домішок між співіснуючими монацитом і гранатом, в залежності від послідовності кристалізації останніх.

Рис.3. Дискримінацйна діаграма складу монациту з кристалічних порід України.

геохімічний детритовий монацит каледонід

Спектр значень віку всіх монацитів з кристалічних порід УЩ, досліджених в роботі методом загального свинцю, відповідає віку, визначеному у реперних пробах ізотопними методами. Загальний діапазон значень віку кристалів монациту у докембрійських породах УЩ становить 1500 - 3500 млн. років. Максимум монацитоутворення припадає на відрізок часу 1950 - 2100 млн. років.

Вперше досліджено склад і оцінено вік монацитів з п'яти проб Мармарошського масиву, що характеризують головні стратиграфічні таксони, поширені у південній та південо-східній частинах регіону (знизу вверх): порфіроїди «товщі ортогнейсів» (проба 102 - правий берег р. Середня Шопурка); гнейсограніти білопотоцької серії (проба 129 - білопотоцький тип, р. Білий Потік; проба 130 - яворниковий тип, потік Яворниковий); метаефузиви кислого складу берлебашської світи діловецької серії (проба 141 - р. Бредецель, с. Ділове; проба 206 - потік Полонський).

Рис.4. Склад та вік монацитів з порід Мармарошського масиву. На гістограмі (а) темні стовбці - монацит з порфіроїдів, сірі - з решти порід. На графіках (б), (в) і (г) чорні позначки - монацит з порфіроїдів «товщі ортогнейсів», сірі ромби - монацит з гнейсогранітів білопотоцького типу, білі трикутники - монацит з гнейсогранітів яворникового типу, сірі квадрати і кружки - монацит з кислих метаефузивів діловецької серії. Великі позначки - середній склад монацитів за відповідними вибірками.

Оцінки віку монациту з чотирьох останніх проб практично співпали (рис.4,а), і дані за цими пробами було об'єднано в одну вибірку, для якої вік яких оцінений ізохронним методом склав 423+54 млн. р. (рис.4,б). Це значення співпадає з віком монациту однієї з проб (№129), що визначався класичним U-Pb ізотопним методом і віком порід массиву, отриманого раніше ізотопним методом за цирконом (Степанюк Л.М., 1986).

Оцінка віку монациту із порфіроїдів «товщі ортогнейсів» (проба №102) суттєво відрізняється від такої для монацитів з усіх інших проб, як за ступенем невизначеності так і за середнім значенням (640+200 млн. років), що в цілому узгоджується з даними, отриманими для циркону з цієї ж породи. Ці монацити відрізняються від монацитів з всіх інших проб також і за вмістом елементів-домішок (рис.4,в,г): вони характеризуються мінімальним вмістом урану і максимальним середнім вмістом ітрію, при вельми значній позитивній кореляції між Y, Th и U. Відмічається «проміжна» за складом і ступенем зазначеної кореляції позиція монацитів з гнейсогранітів білопотоцького типу (проба 129). Вони є схожими до монациту проби 102 за вмістом торію, поступаються за вмістом ітрію, і переважають за вмістом урану. Монацити з інших трьох проб проявляють тенденцію до зменшення вмісту ітрію, при практично однаковому, і відносно високому, вмісті урану та низькому вмісті торію. Кореляція між цими трьома елементами практично відсутня.

На дискримінаційній діаграмі (див. рис.3, позначки у кружках) п'ять проб метаморфічних порід Мармарошського масиву розташувалися наступним чином: порфироїди «товщі ортогнейсів» і гнейсограніти білопотоцького типу потрапили в область, наибільш близьку до області гранітів бердичівського та побузького комплексів, сформованих при відносно високих Р-Т умовах; три інші проби, що представляють гнейсограніти яворникового типу і кислі метаефузиви діловецької серії, розташувалися правіше - в області порід більш низьких Р-Т умов формування.

Ще одна особливість монациту з порід Мармарошського масиву - вони, на відміну від монациту з кристалічних порід УЩ і кір вивітрювання, значно дрібніші. Їх розмір не перевищує 0.14 мм при середньому значені у виборці 0.08+0.02 мм.

У п'ятому розділі ”Геохімічні характеристики та вік монациту з осадових утворень України” наводяться результати дослідження дев'яти вибірок окремих кристалів монациту (орієнтовно 100 по кожному об'єкту), виділених з важких фракцій (див. рис.2) неоген-палеогенових розсипів (Малишевська, Червонокутська, Зеленоярська, Мокроялинська, Тарасівська), сучасних відкладів пляжів Чорного моря поблизу м. Одеси (Санжейка), Азовського моря (середня проба пляжів), палеоген-неогенових відкладів Пироговського кар'єру (м.Київ) та девонських відкладів Волині (с. Підбрусинь Дубненського району Рівненської обл.). У цілому досліджено домішковий склад більш ніж 1900 кристалів монациту, що разом з даними роботи (Савенок С.П.,2005) складає аналітичний блок у 2307 аналізів.

Детальний просторовий аналіз поширеності монацитів різного віку демонструє, що в осадових утвореннях території України присутня молода популяція монациту неопротерозой-палеозойського віку (1500-400 млн. років), частка якої складає в середньому близько 40% (рис.5,а). Вона має регіональне поширення і варіює (див. рис. 2) від поодиноких зерен у східній частині України (алювіальні та прибережно-морські розсипи Приазов'я) до 15-50% в неоген-палеогенових і четвертинних відкладах її центральної частини і сягає 98% в девонських відкладах Волині. Таким чином, отримані на попередньому етапі досліджень результати (Савенок С.П., 2005) - не випадкові, а закономірні і свідчать про те, що для істотної частини кластогенного матеріалу осадового чохла Українського щита джерелами слугували породи, сформовані в рифеї-палеозої.



Рис.5. Розподіл значень вмісту оцінки віку детритових монацитів (а) та положення фігуративних точок складу їхніх древніх (б) і молодих (в) популяцій на дискримінаційній діаграмі.

Діапазон та розподіл значень вмісту елементів в детритових монацитах, розглянуті в роботах, показують, що 95% усіх кристалів містять ітрій у межах 0 - 2,5%, розподіл значень вмісту близький до двомодального з модами ~0,5% та ~1.6%. Вміст торію знаходиться переважно (95% усіх кристалів) у межах 0,5 - 8,0 %, розподіл одномодальний з модою ~3%. Гістограми розподілу вмісту урану та стронцію схожі і лінійно спадають від практично “нульових” значень концентрації елементів до 1% для урану та 0,03% для стронцію. Діапазон вмісту свинцю - від 0,05% до 1,0% (94% всіх кристалів), розподіл вмісту двомодальний, і фактично віддзеркалює розподіл значень оцінок віку. Це не дивно, оскільки майже весь свинець у монациті радіогенний, а його вміст контролюється вмістом Th, U та віком кристалів.

На дискримінаційній діаграмі древні (рис.5,б) детритові монацити за геохімічними показниками відповідають монацитам з кристалічних порід УЩ та представляють породи гранулітової фації й чарнокітоїди, з одного боку, гранітоїди та метаморфіти амфіболітової фації метаморфізму - з іншого у співвідношенні ? 2:3.

Майже 90% молодих детритових монацитів на дискримінаційній діаграмі (рис.5,в) попадають в область порід відносно низьких Р-Т умов формування, що не мають прямих аналогів серед відомих кристалічних утворень УЩ. Від древніх монацитів вони відрізняються більшим середнім вмістом ітрію, урану і меншим - торію.

У вікових спектрах таких монацитів виокремлюються головний максимум, що відповідає діапазону 400-600 млн. років, та менш інтенсивні максимуми в інтервалах 750-850 та 900-1000 млн. років (рис.5,а).

Найчіткіше розчленувалися за віком і частково за геохімічними параметрами монацити з пісковиків середнього девону (ейфелію) Рівненської області, у яких встановлено два максимуми: в інтервалі 450-600 млн. років (ізохронний вік 520±40 млн. років) та в інтервалі 600-850 (ізохронний вік 780±80 млн. років). Цілком імовірно, що монацити з девонських пісковиків зазнали значно менші латеральні переміщення й перевідкладення, ніж монацити з четвертинних та палеоген-неогенових відкладів, і можуть у найбільшій мірі характеризувати положення можливих материнських джерел. На геохімічній діаграмі вони утворюють поля, що частково перекриваються і узгоджуються з поділом за віком (рис.6,а).



Рис.6. Положення фігуративних точок складу монациту з девонських пісковиків Волині (а), кристалічних порід Мармарошського масиву (б) та з прибережно-морських відкладів північно-західного узбережжя Чорного моря (в).

Геологічні події, близькі територіально й за часом прояву до намічених інтервалів, відбувалися на території найдревнішої структури Східних Карпат (Мармарошський масив) і у межах всієї Волино-Подільської плити (масштабний вендський магматизм). Проведене нами дослідження монацитів з ортогнейсів (віковий інтервал 650-750 млн. років) та метавулканітів (ізохронний вік 420±50 млн. років) Мармарошського масиву показало їхню загальну вікову і геохімічну схожість з молодим детритовим монацитом осадових порід України. Однак, тестування складу карпатських монацитів за допомогою дискримінаційної діаграми дозволило конкретизувати геохімічні показники їхніх різновікових популяцій і показати, що останні суттєво відрізняються за співвідношеннями хімічних елементів від майже аналогічних за віком популяцій монациту з найближчих до Карпат девонських відкладів Волині (рис.6,б). Це означає, що девонські відклади Рівненщини формувалися головно за рахунок якихось інших монацитвмісних джерел, окрім Східних Карпат. В цьому контексті певний інтерес представляють прибережно-морські відклади крайньої південно-західної частини України (пляжі Санжейки), які формувалися за рахунок знесення у Чорне море матеріалу з обширних басейнів р.р. Дунаю, Дністра, Південного Бугу та Дніпра.

На діаграмі (рис.6,в) фігуративні точки складу молодого монациту утворюють як мінімум три скупчення, що відповідають трьом різним геохімічним типам, які розрізняються до того ж і за віком. Це може свідчити про богаточисельність корінних джерел надходження мінерала у сучасні відклади цього району, можливо, з суміжних з територією України регіонів, розміщених здогадно на теренах Верхньої Силезії, Малопольського блоку (Польща) та Південних Карпат і Добруджи (Румунія), на що вказують результати нещодавніх досліджень польських та румунських колег (Zelazniewich et.,2009, Balintoni et., 2009), які узагальнили геохронолічні дані щодо віку цирконів з кристалічних і осадових порід цих місцин.

Опосередкованим підтвердженням можливості віддаленого надходження молодого монациту на територію України, на нашу думку, є результати вивчення гранулометричних характеристик монацитів з осадочних утворень, кристалічних порід та їх кір вивітрювання.

Кристали монациту з кір вивітрювання демонструють максимальні варіації розмірів, що відображає їхню вихідну гранулометрію, не спотворену сортуванням при подальшому перенесенні або дробленням при виготовленні штучних шліхів. Монацит з кристалічних порід УЩ отримано після дроблення вихідного кам`яного матеріалу, що значно спотворило природний розподіл розмірів кристалів, зсунувши його в область малих розмірів. Детритовий монацит має значно менші розміри кристалів у вузькому діапазоні, що є результатом глибокого сортування в процесах перенесення і відкладення, найчастіше в прибережно-морських умовах. Крім того, молодий детритовий монацит в цілому має значно менший розмір у порівнянні з древнім детритовим монацитом. Окремо представлені дані для детритового монациту Приазов'я, який за гранулометричними характеристиками різко відрізняється від монациту з інших вивчених нами осадових утворень, наближаючись до монациту з кір вивітрювання. Зазначимо, що він весь древній і представлений матеріалом Мокроялинського розсипу (який відноситься до місцевих розсипів ближнього знесення) та матеріалом сучасних відкладів пляжів Азовського моря. Останні, вочевидь, не зазнали тривалого й багаторазового сортування уламкового матеріалу, який зносився з території практично позбавленого осадового чохла Приазовського блоку.

Можливо, дрібні розміри молодого монациту обумовлені не тільки впливом сортування уламкового матеріалу при його перенесенні, але й гранулометрією материнських порід, яка є характерною, наприклад, для вулканітів або гіпабісальних інтрузій. На користь цього припущення свідчать дані по гранулометрії монацитів з метаефузивів Мармарошського масиву.

Отже, враховуючи практично повну відсутність молодого монациту у відкладах східної частини України та максимальну його кількість у західній, у пошуках корінних джерел молодого монациту найперспективнішим представляється західний напрямок.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. В осадовому чохлі України (девонські, неоген-палеогенові та сучасні відклади) поряд з монацитами відомого раніше архей-ранньопротерозойського віку, джерелом яких є породні комплекси докембрію УЩ, регіонально поширені монацити неопротерозой-палеозойського віку (1.0 - 0.4 млрд. р.), частка яких має тенденцію до зростання зі сходу (поодинокі знахідки) на захід (до 98%). У вікових спектрах таких монацитів виділяються головний максимум в діапазоні 400-600 млн. р., та менш інтенсивні максимуми в інтервалах 750-850 і 900-1000 млн. р.

2. Використаний в роботі спосіб оцінки віку монацитів методом загального свинцю з рентген-флуоресцентним визначенням вмісту Th, U, Pb в окремих зернах монациту характеризуеться невизначеністю ~100-150 млн. р. (1у) для 2 млрд. віку і ~50 млн. р. (1у) для 500 млн. віку (5-10 % відносних), що дозволяє надійно розрізняти монацити ранньодокебмрійського та неопротерозой-палеозойського віку. Враховуючи простоту пробопідготовки, абсолютну недеструктивність і високу продуктивність, даний метод є оптимальним для масових досліджень окремих кристалів.

3. Незважаючи на те, що монацити із кір вивітрювання кристалічних порід УЩ зазнали вплив тривалих і інтенсивних гіпергенних процесів, їх геохімічна система не була порушена, у тому числі U-Th-Pb, і їх вік характеризує час формування материнських порід. Тому є всі підстави стверджувати, що вік молодого детритового монациту характеризує саме вік його материнського джерела.

4. Запропоновано геохімічні параметри (співвідношення Y/ThЧU/Th - Sr/Y), які дозволяють розрізняти монацити з порід: а) високих (переважно гранулітової фації метаморфізму); та б) відносно низьких Р-Т умов формування. Древній детритовий монацит за вказаними параметрами відповідає монациту з порід УЩ у співвідношенні а:б ? 2:3, а молодий детритовий монацит представляє переважно продукти руйнування кислих, відносно слабо метаморфізованих порід, які не мають прямих аналогів на УЩ.

5. Вікові, геохімічні та гранулометричні характеристики молодих детритових монацитів свідчать про наявність кількох джерел їх постачання в осадовий чохол України. Враховуючи практично повну відсутність молодого монациту у відкладах східної частини України та максимальну його кількість в західній, в пошуках корінних джерел молодого монациту треба віддати перевагу західному напрямку. Джерелами його можуть бути каледоніди та байкаліди території Європи, що межують з південно-західною частиною Східно-Європейської платформи, насамперед, найдревніші породи Карпат.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Лазарева І.І. Геохімічне дослідження акцесорних мінералів метасоматитів як засіб встановлення їх генетичного зв'язку з магматичними комплексами (на прикладі рудоносних утворень Сущано-Пержанської зони та гранітоїдів Коростенського плутону) /І.І. Лазарева, С.Є. Шнюков, О.В. Андреєв, С.П. Савенок, О.О. Андреєв, О.Л. Бункевич //Зб. наук. праць УкрДГРІ. _ 2005. _ №1. _ С. 137-144.

2. Андреєв О.О. Фанерозойські монацити в осадовому чохлі Українського щита / О.О. Андреєв, Л.М. Степанюк, О.В. Андреєв, С.П. Савенок // Зб. наук праць УкрДГРІ. - 2008. - №1. - С. 63-64.

3. Андреєв О.В. Монацити з осадового чохла Українського щита - свідки рифей-венд-палеозойскої тектоно-магматичної активізації південного заходу Східно-Європейської платформи / О.В. Андреєв, Ю.О. Полканов, С.Є. Шнюков, О.О. Андреєв, С.П. Савенок, Л.М. Степанюк, О.А. Хлонь // Збірка наукових праць „Еволюція докембрійських гранітоїдів і пов'язаних з ними корисних копалин у зв'язку з енергетикою Землі і етапами її тектоно-магматичної активізації _ К: УкрДГРІ, 2008. _ С. 271-279.

4. Андреєв О.О. Геохімічні та вікові особливості монациту з осадових утворень України. / О.О. Андреєв, О.В. Андреєв, С.П. Савенок // Геохімія та рудоутворення - 2009. - №27. - С. 4-7.

5. Андреєв О.О. До питання про походження монациту неопротерозой-палеозойського віку в осадових утвореннях України /О.О. Андреєв, Л.М. Степанюк, С.В. Бухарєв, О.В. Андреєв, С.П. Савенок, В.М. Мінєєва, О.А. Хлонь // Геохімія та рудоутворення. - 2010. - № 28 - С. 86-96.

6. Шнюков С.Є. Перспективні науково-дослідні, прогнозно-пошукові та еколого-геохімічні технології, які базуються на оптимальному комплексі сучасних інструментальних аналітичних методів /С.Є. Шнюков, О.В. Андреєв, С.П. Савенок, І.І. Лазарева, В.М. Маргульов, О.О. Андреєв // Геологія і генезис рудних родовищ України (сучасний стан, нові підходи, проблеми та рішення). Матеріали науково-технічної наради. Київ, Департамент Державної геологічної служби Державного комітету природних ресурсів України. 27-29 квітня 2004 р. _ К.: УкрДГРІ, 2004. _ С. 178-180.

7. Andreev A.A. Trace elements milliprobe XRF analysis of single accessory mineral grains as a tool for their total Pb age dating. / A.A. Andreev, A.V. Andreev, A.L. Bunkevich // Analytical chemistry and chemical analysis (AC&CA-05) devoted to 100 anniversary of Anatoly Babko. (Kyiv, Ukraine, September 12-18, 2005). Book of abstracts. _ Kyiv, 2005. _ P. 436.

8. Andreev A.V. Milliprobe XRF analysis of single mineral grains (XRF-MP/SG). / A.V. Andreev, A.L. Bunkevich, A.A. Andreev // Analytical chemistry and chemical analysis (AC&CA-05) devoted to 100 anniversary of Anatoly Babko. (Kyiv, Ukraine, September 12-18, 2005). Book of abstracts. _ Kyiv, 2005. _ P. 90.

9. Andreyev A.V. Monazite single grain trace element analysis and dating by XRF milliprobe / A.V. Andreyev, A.A. Andreiev, S.P. Savenok, A.L. Bunkevich, E.V. Meshceryakova // Goldschmidt Conference, Cologne (Germany), 20-24 August 2007. Abstracts. -Oxford Publication, 2007. - P. 30.

10. Андреєв О.О. Геохімічні та вікові особливості монациту з осадових утворень України / О.О. Андреєв, С.П. Савенок, О.В. Андреєв // Актуальні проблеми геохіміїї, мінералогіїї та рудоутворення. Тези доповідей Міжнародної наукової конференції. - Київ, 2009. - С. 3.

11. Андреев А.А. Временные интервалы монацитообразования по результатам изучения детритовых монацитов Украины /А.А. Андреев, А.В. Андреев, С.П. Савенок // Стратиграфия, геохронология и корреляция нижнедокембрийских породных комплексов фундамента Восточно-Европейской Платформы. Тезисы докладов международной научно-практической конференции. 31 мая - 4 июня 2010 г. - К.: УкрГГРИ, 2010. - С. 11-15.

12. Андреев А.А. К проблеме источника неопротерозой-палеозойских монацитов в осадочных образованиях Украины / А.А. Андреев, А.В. Андреев, Л.М. Степанюк, О.В. Зинченко, С.П. Степанюк, В.Н. Павлюк // Современные проблемы литологии осадочних бассейнов Украины и сопредельных территорий. Сборник материалов международной научной конференции. 9 - 11 ноября 2010, Киев, Украина. - К.: - 2010. - С. 12.

Размещено на Allbest.ru

...