Геохронология ТТГ ассоциации в мезоархее Курского блока Восточной Сарматии

Курский блок представляет собой типичную архейскую гранит-зеленокаменную область, состоящую из сохранившихся осадочно-вулканогенных фрагментов и преобладающих по площади гранитогнейсовых ареалов (рис. 2). В гранито-гнейсовых ареалах доминируют полосчатые гнейсы и мигматиты обоянского комплекса, варьирующие по составу от трондьемитов до тоналитов, с маломощными прослоями амфиболитов. U-Pb изотопный возраст циркона из мигматизированного плагиогнейса обоянского комплекса в пределах Курско-Бесединского домена составляет 3277 ± 33 млн лет [11]. Это согласуется с Sm-Nd модельными возрастами гнейсов обоянского комплекса в интервале 3,64-3,03 млрд лет и предполагает мезо- или палеоархейский возраст их протолитов [12]. Зеленокаменные области включают основные, ультраосновные и кислые метавулканиты, терригенные метаосадки, метаморфизованные породы железисто-кремнистой формации [13, 14]. Возраст метариолитов из вулканогенноосадочного разреза Тарасовского участка, определенный по цирконам (SIMS), составляет 3122 ± 9 млн лет [15]. В обрамлении зеленокаменных областей, а также среди гнейсов и мигматитов обоянского комплекса, располагаются массивы ТТГ гранитоидов, которые объединяются в салтыковский комплекс. Ранее опубликованная единственная датировка 3013 ± 80 млн лет [16] не позволяет проводить уверенные возрастные корреляции ТТГ магматизма Курского блока и Украинского щита.

Рис. 2. Схематическая геологическая карта Воронежского кристаллического массива: 1 - обоянский комплекс; 2 - михайловская серия; 3 - лосевская серия; 4 - воронежская свита; 5 - воронцовская серия; 6 - курская серия; 7 - роговская свита; 8 - тим- ская свита; 9 - салтыковский комплекс; 10 - атаманский комплекс; 11 - стойло-николаевский комплекс; 12 - бобровский комплекс; 13 - павловский комплекс; 14 - усманский комплекс; 15 - шебекинский комплекс; 16 - лискинский комплекс; 17 - ольховский комплекс; 18 - золотухинский комплекс; 19 - смородинский комплекс; 20 - мамонский комплекс; 21 - новогольский комплекс; 22 - еланский комплекс; 23 - скважины, вскрывшие породы ТТГ-ассоциации, и их номера.

Методы исследования

Химический состав проб определен на рентгенофлуоресцентном спектрометре S8 Tiger (Bruker AXS GmbH, Германия) в Воронежском госуниверситете. Подготовка проб для анализа породообразующих элементов выполнена путем плавления 0.5 г порошка пробы, 2 г тетрабората лития и 2 г в муфельной печи с последующим отливом стеклообразного диска. При калибровке спектрометра и для контроля качества измерений были использованы государственные стандартные образцы химического состава горных пород - ГСО № 8871-2007, ГСО № 3333-85, ГСО № 3191-85. Точность анализа составляла 1-5% отн. % для элементов с концентрациями выше 1-5 мас. % и до 12 отн. % для элементов с концентрацией ниже 0,5 мас. %. Обработка результатов проводилась посредством разработанных методик в программе Spectra Plus (Bruker AXS GmbH, Германия).

Выделение циркона проводилось по стандартной методике с использованием тяжелых жидкостей. Локальные U-Pb анализы цирконов выполнены в Центре изотопных исследований ВСЕГЕИ (Санкт-Петербург) на ионном микрозонде SHRIMP II по стандартной методике [17] с использованием эталонных цирконов "91500" и "Temora".

При U-Pb геохронологических исследований методом TIMS кристаллы циркона подвергались многоступенчатому удалению поверхностных загрязнений. Химическое разложение циркона и выделение U и Pb выполнялось по модифицированной методике Т.Е. Кроу [18]. Для уменьшения степени дискордантности использовался метод предварительной кислотной обработки [19]. Изотопные анализы выполнены на многоколлекторном масс-спектрометре TRITON TI как в статическом режиме, так и динамическом режимах (при помощи счетчика ионов). Для изотопных исследований использовался трассер 235U-202Pb. Точность определения U/Pb отношений и содержаний U и Pb составила 0,5%. Холостое загрязнение не превышало 15 пг Pb и 1 пг U.

Обработка изотопных данных проводилась при помощи программам "PbDAT" [20] и "ISOPLOT" [21]. При расчете возрастов использованы общепринятые значения констант распада урана [22]. Поправки на обычный свинец введены в соответствии с модельными величинами [23]. Все ошибки приведены на уровне 2-е. архейский вулканогенный гранитогнейсовый

Изучение Lu-Hf-изотопного состава цирконов выполнено на многоколлекторном масс-спектрометре Neptune Plus с приставкой для лазерной абляции проб NWR 213 в Институте геологии и геохимии им. академика А.Н. Заварицкого УрО РАН, г. Екатеринбург. Использованное оборудование размещено в помещении класса чистоты 7 ИСО. Проведена оптимизация работы масс-спектрометра и приставки для лазерной абляции, подбор стандартов, отработка процедуры корректировки эффектов фракционирования, дискриминации ионов по массе и изобарических помех 176Yb и 176Lu на 176Hf, оптимизация процедуры обработки экспериментальных данных с использованием образцов сравнения циркона Mud Tank, GJ-1 [24, 25]. Неопределенность единичного измерения отношения 176Hf/177Hf в виде 2SD - в интервале 0,005-0,008 %. Неопределенность единичного определения значения aHf в виде 2SD варьировала для перечисленных стандартов в интервале 5-9%. Полученные значения изотопных отношений Hf/Hf для стандартов Mud Tank и GJ-1 согласуются с базой данных GeoREM. Операционные параметры приставки для лазерной абляции: плотность энергии лазерного излучения - 14 Дж/см 2, частота повторения импульсов - 20 Гц, диаметр кратера - 25 мкм. Для обработки Lu-Hf данных был использован макрос Hf-INATOR для Excel [26].

Петрография и петрохимия

ТТГ представлены светло-серыми массивными и полосчатыми среднезернистыми породами, иногда порфировидными. Минеральный состав (об. %): плагиоклаз (XCa = 0,15-0,25) - 45-55%, кварц - 20-25%, биотит (XMg = 0,55-0,65) - 10-20%, микроклин - до 510%. Редко присутствует зеленая роговая обманка (до 5%), часто замещаемая эпидотом и хлоритом. Акцессорные минералы представлены апатитом, цирконом, монацитом и сульфидами, вторичные - хлоритом, эпидотом, мусковитом.

Концентрации SiO2 и Al2O3 в ТТГ находятся в пределах 62-72 мас. % и 13,9-16,4 мас. % соответственно (табл. 1). Они являются мета- и перглиноземистыми (A/CNK = 0,88-1,10). Содержания Fe-Mg оксидов довольно высокие (FeOt + MgO + MnO + TiO2 = 4,2-10,1 мас. %), как и MgO (1,0-3,8 мас. %, XMg = 0,30-0,57). На диаграммах Харкера явно выражена отрицательная корреляция Fe2O3tot, MgO, P2O5, TiO2 по отношению к SiO2 (рис. 3). Все образцы обогащены натрием (Na2O = 3,6-5,5 мас. %) с отношением Na2O/K2O = 1,3-3,9.

По содержаниям петрогенных оксидов ТТГ Курского блока близки к гнейсовидным гранитоидам и мигматитам ТТГ состава днепропетровского комплекса Среднеприднепровского блока (рис. 3) [27, 28, 29].

Рис. 3. Составы пород ТТГ ассоциации Курского блока на диаграммах Харкера: 1 - ТТГ Курского блока; 2 - ТТГ СреднеПриднепровского блока, относимые к днепропетровскому комплексу по [25, 26, 27].

Содержания петрогенных оксидов в ТГ 1' Курского блока

U-Pb геохронология по цирконам

Совсем недавно нами были опубликованы локальные U-Pb анализы цирконов из трондьемита (скважина 3759, глубина 461,7 м) и тоналита (скважина 3146, глубина 304 м) [2]. Еще одна проба для датирования была отобрана из представительного разреза скважины 3573 глубины 625 м в краевой части Михайловской палеопротерозойской структуры (рис. 2), где на ТТГ залегают неоархейские метабазиты, которые перекрываются метаконгломератами и метапесчаниками игнатеевской свиты (рис. 4).

Рис. 4. Геологическая колонка скважины 3573.

Цирконы в пробе 3573/625 - идиоморфные и субидиоморфные зёрна размером 100-250 мкм и шириной 50-150 мкм (рис. 5). В зернах наблюдаются концентрические и радиальные трещины, скорее всего, возникшие в результате метамиктных изменений.

В катодолюминесценции видна структура роста - тонкая концентрическая осцилляторная зональность. Незональные участки (возможный результат рекристаллизации) наблюдаются на вершинах пирамид довольно редко. Часто границы зон роста криволинейные, что может указывать на эпизоды частичного растворения в процессе роста, но унаследованных ядер не выявлено. Структурные и морфологические признаки указывают на магматическую природу циркона и практическое отсутствие значительных наложенных событий.

В пробе 3573/625 было выполнено 16 анализов в 15 зернах (табл. 2), анализировались и центральные и краевые (незональные) части (рис. 5). Все результаты на графике с конкордией аппроксимируются единой линией регрессии (рис. 6). Невысокое отклонение точек от линии регрессии (СКВО = 2,7) предполагает незначительное воздействие докембрийских процессов на цирконы. Незональные внешние участки перекристаллизации могли образоваться на заключительных стадиях магматической кристаллизации цирконов. Возраст по верхнему пересечению с конкордией (16 анализов) составляет 3051 ± 5 млн лет. Значения, полученные по нижним пересечениям дискордии, учитывая сложную историю пород, скорее всего, не имеют геологического смысла.

Рис. 5. Катодолюминесцентные снимки цирконов из ТТГ Курского блока и точки определения возраста их кристаллизации методом SIMS.

Рис. 6. Результаты U-Pb датирования цирконов из ТТГ Курского блока методом SIMS.

Таблица 2

Результаты U-Pb исследований цирконов из трондъемита (обр. 3573/625)

Таблица 2

Примечания: Ошибки равны 1 сигма. РЬС и РЬ* - первичный и радиогенный свинец, соответственно. Ошибки стандартной калибровки 0.21 %. (1) Первичный свинец скорректирован по измеренному 204РЬ.

Таблица 3

Результаты U-Pb изотопных исследований циркона (проба 3335/422,33)

Примечания: а - изотопные отношения, скорректированные на бланк и обычный свинец: Rho - коэффициент корреляции ошибок отношений 207Pb/23SU - 206Pb/2isU: - навеска циркона не определялась; кисл.обр. =2,0 - кислотная обработка циркона с заданной экспозицией (часы). Величины ошибок (2о) соответствуют последним значащим цифрам.

Выбранные для TIMS U-Pb геохронологических исследований кристаллы циркона (или их фрагменты) из образца трондьемита 3335/422,5 (скважина 3335, глубина 422,5 м) представлены субидиоморфными полупрозрачными кристаллами светло-коричневого цвета, имеющими короткопризматический и призматический облик (рис. 7). Кристаллы огранены комбинацией призм {100}, {110} и дипирамид {101}, {111}, {112} (рис. 7 I-IV). Размер этого циркона варьирует от 50 до 100 мкм; Кудл = 1.0-3.0. Для внутреннего строения циркона характерна осцилляторная зональность (рис. 7 V-VIII) и секториальность (рис. 7 VIII).

Для U-Pb изотопных исследований нами были использованы четыре навески циркона из размерных фракций > 100 и < 100 мкм, подвергнутого предварительной кислотной обработке в течение 2 или 3 часов. Результаты измерений приведены в табл. 3. Точки изотопного состава этого циркона (№ 1-4) располагаются на дискордии (рис. 8), верхнее пересечение которой с конкордией соответствует возрасту 3025 ± 6 млн лет, а нижнее - 996 ± 62 млн лет (СКВО = 1,1). Морфологические особенности изученного циркона указывают на его магматическое происхождение, полученную по верхнему пересечению дискордии оценку возраста 3025 ± 6 млн лет можно рассматривать в качестве оценки возраста его кристаллизации.

Рис. 7. Морфология кристаллов циркона из ТТГ Курского блока, отобранных для геохронологических исследований методом TIMS.

Рис. 8. Результаты U-Pb датирования цирконов из ТТГ Курского блока методом TIMS.

Изотопный состав Hf в цирконах из трондьемита (обр. 3759/461,7) определялся в тех же точках, где и U-Pb изотопный возраст [2]. Значения sHf(2960) в цирконах из ТТГ находятся в интервале от + 0,2 до + 2,6 (табл. 4, рис. 9). Модельный возраст THf(DM), рассчитанный по одностадийной модели при выплавлении магмы из деплетированной мантии составляет 3106-3188 млн лет, тогда как рассчитанный по двухстадийной модели TfDM)0 варьирует от 3199 до 3347 млн лет (табл. 4).

Таблица 4

Примечание: первичное отношение изотопов гафния 176НР 177Щ рассчитано с использованием константы распада 176Lu X = 1,867-Ю'11; sHf(t) рассчитан для возраста 2960 млн лет; TDMC модельный возраст источника, рассчитанный по двухстадийной модели с использованием 176Lu/177Hf = 0,015, основанной на выплавлении магмы из средней континентальной коры, образованной из деплетированной мантии.

Hf изотопные анализы циркона из ТТГКурского блока (образец 3759/461,7)

Рис. 9. Диаграмма sHf(t) - T для цирконов из ТТГ Курского блока.

Обсуждение результатов и выводы

Литература

1. Moyen, J.-F. Forty years of TTG research / J.-F. Moyen, H. Martin // Lithos. - 2012. - V. 148. - P. 312-336.

2. Архейская тоналит-трондьемит-гранодиоритовая ассоциация Курского блока, Воронежский кристаллический массив: состав, возраст и корреляция с комплексами Украинского щита / К.А. Савко [и др.] // ДАН. - 2018. - Т. 478. - №

3. - С. 335-341.

3. Samsonov, A. V. Geochronology and petrogenesis of an Archaean acid volcano-plutonic suite of the Verchovtsevo greenstone belt, Ukrainian Shield / A. V. Samsonov, D. Z. Zhuravlev, E. V. Bibikova // International Geol. Review. - 1993. - V. 35. - P. 1166-1181.

4. Evolution of the Archaean Aulian Gneiss Complex, Ukraine: SHRIMP U-Pb zircon evidence / A. V. Samsonov [et al.] // Precam. Res. - 1996. - V. 78. - P. 65-78.

5. Shchipansky, A. A. The Sarmatian crustal segment: Precambrian correlation between the Voronezh Massif and the Ukrainian Shield across the Dniepr-Donets Aulacogen / A. A. Shchipan- sky, S. V. Bogdanova // Tectonophysics. - 1996. - V. 268. - P. 109-125.

6. EUROBRIDGE: new insight into the geodynamic evolution of the East European Craton / S. Bogdanova [et al.] // European Lithosphere Dynamics. - London: Geological Society Memoirs, 2006. - V. 32. - P. 599-628.

7. Gorbatschev, R. Frontiers in the Baltic Shield / R. Gor- batschev, S. Bogdanova // Precambrian Res. - 1993. - V. 64. - P. 3-21.

8. Палеопротерозойские гранитоиды Тим-Ястребовской структуры Воронежского кристаллического массива: геохимия, геохронология и источники расплавов / К.А. Савко [и др.] // Вестник Воронеж. гос. ун-та. Сер. Геология. - 2014. - № 2. - С. 56-78.

9. Изотопная геохронология (U-Pb) и геохимия (Nd, Hf) неоархейских риолитов и гранитов Курского блока, Восточная Сарматия: петрологические реконструкции для внутриплитных кислых магм / К.А. Савко [и др.] // Методы и геологические результаты изучения изотопных геохронометрических систем минералов и пород: материалы VII Российской конф. по изотопной геохронологии. - М.: ИГЕМ РАН. - 2018. - С. 304-306.

10. 2.6 Ga high-Si rhyolites and granites in the Kursk Domain, Eastern Sarmatia: Petrology and application for the Archaean palaeocontinental correlations / K. A. Savko [et al.] // Precam. Res. - 2019. - V. 322. - P. 170-192.

11. Артеменко, Г.В. Палеоархейский возраст ультрамета- морфических плагиогранитоидов Курско-Бесединского блока (Воронежский кристаллический массив) / Г.В. Артеменко, И.А. Швайка, Е.А. Татаринова // Геол. журн. - 2006. - № 1. - С. 84-87.

12. Геодинамика восточной окраины Сарматии в палеопротерозое / А.А. Щипанский [и др.] // Геотектоника. - 2007. - № 1. - С. 43-70.

13. Ультрамафит-мафитовый магматизм гранит-зеленока- менной области КМА / В.Л. Бочаров [и др.] // Воронеж: изд-во ВГУ, 1993. - 176 с.

14. Савко, К.А. Минералогия, фазовые равновесия и условия метаморфизма пород неоархейской железисто-кремнистой формации в пределах Тарасовских аномалий / К.А. Савко, С.М. Пилюгин, М.А. Новикова // Вестник Воронеж. гос. ун-та. Сер. Геология. - 2004. - № 2. - С. 111-126.

15. Савко, К.А. Мезоархейские кислые вулканиты Курского блока, Воронежский кристаллический массив: состав, возраст и корреляции с Украинским щитом / К.А. Савко, А.В. Самсонов, А.Н. Ларионов // ДАН. - 2019. - В печати.

16. Артеменко, Г.В. Геохронологическая корреляция вулканизма и гранитоидного магматизма юго-восточной части Украинского щита и Курской магнитной аномалии / Г.В. Артеменко // Геохимия и рудообразование. - 1995. - Вып. 21. - С. 129-154.

17. Larionov, A. N. The Vendian alkaline igneous suite of northern Timan: ion microprobe U-Pb zircon ages of gabbros and syenite / A. N. Larionov, V. A. Andreichev, D. G. Gee // The Neoproterozoic Timanide orogen of Eastern Baltica. - London: Geological Society Memoirs, 2004. - V. 30. - P. 69-74.

18. Krogh, T. E. A low-contamination method for hydrothermal decomposition of zircon and extraction of U and Pb for isotopic age determination / T. E. Krogh // Geochim. Cosmochim, Acta. - 1973. - V. 37. - P. 485-494.

19. Mattinson, J. M. A study of complex discordance in zircons using step-wise dissolution techniques / J. M. Mattinson // Con- trib. Mineral. Petrol. - 1994. - V. 116. - P. 117-129.

20. Ludwig, K. R. PBDAT: A computer program for processing Pb-U-Th isotope data, version 1.20 / K. R. Ludwig // Reston, Virginia: U.S. Geol. Surv. Open-File Report, 1991. - 40 p.

21. Ludwig, K. R. User's manual for Isoplot/Ex version 3.00, a geochronological toolkit for Microsoft Excel / K. R. Ludiwg // Berkley: Berkley Geochonology Center Spec. Publ., 2003. - №

4. - 72 p.

22. Steiger, R. H. Subcommission on geochronology: convention of the use of decay constants in geo- and cosmochronology / R. H. Steiger, E. Jager // Earth Planet. Sci. Lett. - 1977. - V. 36. - P. 359-362.

23. Stacey, J. S. Approximation of terrestrial lead isotope evolution by a two stage model / J. S. Stacey, J. D. Kramers // Earth Planet. Sci. Lett. - 1975. - V. 26. - P. 207-221.

24. Black, L. P. The age of the Mud Tank carbonatite, Strang- ways Range, Northern Territory / L. P. Black, B. L. Gulson // J. Aust. Geol. Geophys. - 1978. - V. 3. - P. 227-232.

25. The application of laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry to in situ U-Pb zircon geochronology / S. E. Jackson [et al.] // Chemical Geology. - 2004. - V. 211. - P. 47-69.

26. Giovanardi, T. The Hf-INATOR: A free data reduction spreadsheet for Lu/Hf isotope analysis / T. Giovanardi, F. Lugli // Earth Science Informatics. - 2017. - P. 1-7.

27. Гранитоиды обрамления Криворожской структуры. Проблемы корреляции геологических тел и комплексов / Ю.Ф. Великанов [и др.] // Геол. журн. - 2012. - № 3. - С. 49-58.

28. Геохронология раннего докембрия Украинского щита. Архей / Н.П. Щербак [и др.] // Киев: Наук. думка, 2004. - 243 с.

29. Щербаков, И.Б. Петрология Украинского щита / И.Б. Щербаков // Львов: ЗУКЦ, 2005. - 366 с.

30. Артеменко, Г.В. Позднепалеоархейские тоналитовые гнейсы Западно-Приазовского блока (Приазовский мегаблок Украинского щита) / Г.В. Артеменко, Л.В. Шумлянский, И.А. Швайка // Геол. журн. - 2014. - № 4. - С. 91-102.

31. Возраст гранитоидов Славгородского блока / Г.В. Артеменко [и др.] // Доклады НАН Украины. - 2004. - № 8. - С. 118-123.

32. Татаринова, Е.А. U-Pb возраст тоналит-трондьемитовой ассоциации Гуляйпольского блока (западное Приазовье) / Е.А. Татаринова, В.А. Шпыльчак, Е.А. Бартницкий //

Размещено на Allbest.ru