Уран-свинцевий вік титаніту із діориту Осницького блоку (Волинський мегаблок Українського щита)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П. Семененка НАН України

УРАН-СВИНЦЕВИЙ ВІК ТИТАНІТУ ІЗ ДІОРИТУ ОСНИЦЬКОГО БЛОКУ (ВОЛИНСЬКИЙ МЕГАБЛОК УКРАЇНСЬКОГО ЩИТА)

О.Б. Висоцький, канд. геол. наук, наук. співроб.

Л.М. Степанюк, д-р геол. наук, чл.-кор. НАН України, проф., заст. дир.

Т.І. Довбуш, наук. співроб.

О.В. Зюльцле, канд. геол. наук, наук. співроб.

м. Київ

Анотація

Осницький блок є складовою частиною Осницько-Мікашевицького вулкано-плутонічного поясу. У геологічній будові Осницького блоку провідне місце займає асоціація порід, яка включає ряд плутонічних утворень від габро до лейкократових гранітів (габро-діорит-гранодіорит-гранітна асоціація), сформована в палеопротерозої -- 1,98--1,95млрдрр. тому.

Наведено результати свинець-свинцевого ізотопного датування титанітів із діоритів, розкритих кар'єром РПЗ-5, що на північно-західній околиці смт Томашгород. Укорінилися діорити у другу фазу після габроїдів, до початку формування гранітоїдів. За результатами U-Pb ізотопного датування титанітів отримано вік 1975 - 9,1 млн рр. Вік, розрахований з урахуванням раніше опублікованих даних, становить 1973 - 8,3 млн рр., що добре співпадає з уран-свинцевим ізотопним віком цирконів 1974 - 1,2 млн рр. із цих діоритів. З'ясовано, що для визначення ізотопного віку титанітів із високим вмістом звичайного свинцю достатньо використати лише ізотопний склад свинцю, розрахувавши вік у координатах графіка ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb -- ²⁰⁶pb/²⁰⁴Pb за тангенсом кута нахилу лінії регресії.

Ключові слова: уран-свинцевий ізотопний вік, діорит, титаніт, Осницький блок.

Annotation

O.B. Vysotsky, PhD (Geol.), Research Fellow L.M. Stepanyuk, NAS Corresp. Member, Dr. Sci. (Geol.), Prof., Deputy Director Т.І. Dovbush, Research Fellow О.V. Ziultsle, PhD (Geol.), Research Fellow M.P. Semenenko Institute of Geochemistry, Mineralogy and Ore Formation of the NAS of Ukraine Kyiv, Ukraine

U-Pb AGE OF TITANITE FROM DIORIT OF OSNYTSKY BLOCK (VOLYN MEGABLOCK OF UKRAINIAN SHIELD)

The Osnytsky block is a constituent part of the Osnytsky-Mikashevytsky volcano-plutonic belt. The leading place in the geological structure of the Osnytsky block is occupied by the rock association, which includes a number of plutonic formations from gabbro to leucocratic granites (gabbro-dioritegranodiorite-granite association), formed in the Paleoproterozoic -- 1,98--1,95 Ga.

The results of lead-lead isotope dating of titanites from diorites, opened by the RPZ-5 quarry, located in the northwestern vicinity of the village Tomashhorod. Diorites were formed in the second phase, after gabroids, before the beginning of the formation of granitoids. The age of 1975 ± 9,1 Ma was obtained for them. The age calculated based on previously published data is 1973 ± 8,3 Ma, which is in good agreement with the U-Pb isotopic age of the zircons of these diorites 1974 ± 1,2 Ma. It was found that to determine the isotopic age of titanites with a high content of ordinary lead, it is enough to use only the isotopic composition of lead, calculating the age in the coordinates of the graph ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb -- ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb, by the tangent of the angle of inclination of the regression line.

Keywords: U-Pb isotopic age, diorite, titanite, Osnytsky block.

Вступ

Осницький блок розташований у крайній північно-західній частині Волинського мегаблоку Українського щита і є складовою частиною Осницько-Мікашевицького вулкано-плутонічного поясу, представленого різними за складом ранньопротерозойськими магматичними породами.

Зважаючи на досить вузький віковий інтервал формування плутонітів цієї асоціації та, в багатьох випадках, неможливість з'ясування відносного віку магматитів геологічними методами через відсутність видимих контактів між конкретними типами порід !, важливим є прецизійне визначення ізотопного віку.

Раніше нами вже було виконано уран-свинцеве ізотопне датування магматитів цього району за цирконом та титанітом [3].

Циркон в акцесорних кількостях присутній практично в усіх опробуваних нами кристалічних породах Осницького блоку та, не зважаючи на його повсюдне поширення, через складну будову деяких його кристалів (наявність реліктових ядер) у деяких тілах діоритів, цифрові значення ізотопного віку могли бути завищеними. Тому для визначення віку порід використали титаніт, але у деяких випадках (зокрема, для діориту, розкритого кар'єром РПЗ-5 у смт Томашгород, проба ОС-6-В) отримати прецизійні ізотопні дати виявилось неможливим через великі похибки.

Мета роботи

Уточнити вік діориту Осницького блоку за результатами ізотопного датування титаніту та, враховуючи прецизійне визначення віку діориту за цирконом (1974 ±1,2 млн рр. [3]), з'ясувати можливість спрощеного датування часу протікання процесів інтрузивного магматизму за ізотопним відношенням ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb.

Об'єкти та методи дослідження

інтрузивний магматизм свинцевий осницький

З метою визначення часу протікання процесів інтрузивного магматизму класичним уран-свинцевим ізотопним методом датували мультизернові наважки титаніту із діориту (проба ОС-6-В), розкритого верхнім уступом кар'єру РПЗ-5, який розташований на північно-західній околиці смт Томашгород.

Для визначення часу формування діориту із різних розмірних фракцій вручну під бінокуляром були відібрані зерна (переважно уламки зерен) титаніту. Методика хімічної підготовки, за якою готувалися зразки для мас-спектрометричного аналізу, описана в роботі [2]. Крім раніше виконаних уран-свинцевих ізотопних аналізів чотирьох мультизернових наважок титанітів [3], ще в 10 наважках цього мінералу визначили лише ізотопний склад свинцю.

Ізотопні дослідження свинцю були виконані на 8-колекторному масспектрометрі МІ-1201 АТ в мультиколекторному статичному режимі; математична обробка експериментальних даних виконувалась програмами ISOPLOT [7, 8] та Microsoft Excel. Похибки визначення віку наведені при 2ст. Для перевірки метрологічних характеристик методу використали стандарт циркону ІГМР-1 [1].

Результати та їх обговорення

Для діориту (проба ОС-6-В) з верхнього уступу в кар'єрі РПЗ-5, розташованого на північно-західній околиці смт Томашгород, характерне сіре, темно-сіре забарвлення і переважно середньозернистий нерівномірний склад. Структура породи гіпідіоморфнозерниста.

Мінеральний склад діоритів (об'ємні %): плагіоклаз -- 60, рогова обманка і біотит -- 20--25, епідот -- до 8, інколи присутня незначна кількість мікрокліну та кварцу. Хімічний склад (ваг. %): SiO₂ -- 62,22; TiO₂ -- 0,64; Al₂O₃ -- 16,37; Fe₂O₃ -- 1,96; FeO -- 3,71; MnO -- 0,094; MgO -- 1,94; CaO -- 4,55; Na₂O -- 3,8; P₂O₅ -- 0,3; K₂O -- 3,11; H₂O -- 0,26; в. п. п. -- 0,98; сума -- 99,79.

Плагіоклаз утворює короткопризматичні або таблитчасті зерна з чіткими контурами і двійниками по альбітовому закону. Склад плагіоклазу -- андезин № 34--38. Рідко зустрічаються зерна з більш основною центральною частиною (№ 37--42), часто неправильної форми.

Амфібол у вигляді призматичних або нечіткотаблитчастих зерен трав'янисто-зеленого кольору з простими двійниками. За оптичними константами відповідає звичайній роговій обманці (з Ng = 20--21, 2V = --63--65 ). Заміщується біотитом. Багато зерен містять дрібні включення магнетиту.

Кварц утворює ксеноморфні зерна, та приурочений до міжзернового простору. Контури зерен звивисті. Часто вміщує тонкі пилуваті частинки. Більшості зерен кварцу властиве хвилясте погасання.

Біотит -- пластинчастий, листуватий, плеохроює від зеленувато-жовтого по N до темно-зеленого по Ng. Разом з амфіболом утворює ксеноморфні скупчення, до яких у вигляді включень приурочені зерна магнетиту, апатиту, титаніту, циркону.

Епідот утворює скупчення дрібних призматичних зерен, що асоціюють з темнокольоровими мінералами.

Циркон представлений видовжено-призматичними кристалами. Переважають тетрагональні кристали з гладкими, блискучими гранями призми. Мають скляний блиск. Головки кристалів, як правило, зламані, але інколи зберігаються, їм притаманні грані гострих пірамід. Розмір кристалів по L₄ = 0,3--0,8 мм, Квид. від 3 до 7,5 мм. Циркон прозорий, безбарвний до слабо рожевого. Також присутній (в кількості до 1--2 %) дрібний ізометричний циркон, який має нечітко проявлені ядра.

Титаніт утворює ксеноморфні зерна бурувато-червоного кольору. Під бінокуляром зерна (переважно уламки) досить крупні (> 0,1 мм), мають неправильну форму і темно-коричневе забарвлення, інколи відмічаються сильно сплющені еліпсоподібні.

Для визначення віку за титанітом, були використані мультизернові наважки розмірних фракцій темно-коричневих кристалів та їх уламків. Розмірні фракції титаніту отримали скочуванням по нахиленій площині [2].

Вік за верхнім перетином конкордії дискордією, розрахованою за даними, наведеним в табл. 1, складає 1984 ± 85 млн рр. та за нижнім -- 82 ± 188 млн рр., СКЗВ = 4,2 (рис. 1). Середнє зважене значення віку, за ізотопним відношенням ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb -- 1985 ± 15 млн рр., СКЗВ = 4,8, що в межах похибки співпадають зі значеннями віку, отриманими для цирконів, та віком габро за цирконом та титанітом [3].

Враховуючи досить великий вміст звичайного свинцю (відношення 2°6pb/2°⁴pb варіює в межах 159,6--304,8), вік також розрахували з використанням моделей, які не вимагають уведення поправки на звичайний свинець -- графік в координатах ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb--²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb та метод нормалізованих (узгоджених) різниць [4].

Рис. 1 Уран-свинцева діаграма з конкордією для ти танітів із діориту (проба ОС-6-В)

Рис. 2 Графік в координатах ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb -- ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb для мультизернових наважок титаніту з діориту, проба ОС-6-В

Лінія регресії, що апроксимує розміщення фігуративних точок на графіку в координатах ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb -- ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb, описується рівнянням y = 0,1216x - - 13,345, коефіцієнт кореляції R² = 1. Нахил ізохрони відповідає віку 1980 млн рр. Вік, розрахований в програмі hoplot [7, 8] з урахуванням похибок вимірювання ізотопних відношень за нахилом лінії регресії, складає 1961 ± 21 млн рр.

Вік, розрахований у програмі Excel за верхнім перетином конкордії лінією регресії (y = = 0,0595x -- 2E-06, R² = 0,9996) в координатах графіка Д (²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb)/A(²³⁸U/²⁰⁴Pb) -- Д (²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb)M (²³⁵U/²⁰⁴Pb), складає 1985 млн рр.

Отже розходження у розрахованих різними методами значеннями віку складає більше 20 млн рр. (1984±85; 1980; 1961±21 та 1985) млн рр.

З метою уточнення віку титаніту додатково визначили ізотопний склад свинцю ще в 10 мультизернових наважках титаніту. Зведені результати наведені в табл. 2 (аналізи 2839, 2859--2866, 2868). За усіма отриманими даними (табл. 2) в Microsoft Excel розрахували лінію регресії, яка на графіку в координатах

Таблиця 1

Вміст урану, свинцю та ізотопний склад свинцю в титанітах із діориту, проба ОС-6-В [3]

Примітка. Поправка на звичайний свинець уведена за Стейсі та Крамерсом на вік 1980 млн р. Розмірні фракції крупних (>0,1 мм) темно-коричневих (переважно уламків) сильно сплющених еліпсоподібних зерен

²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb -- ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb, описується рівнянням y = 0,1215x - 13,35, коефіцієнт кореляції R² = 0,9999. Нахил ізохрони відповідає віку 1978 млн рр.

Таблиця 2

Ізотопний склад свинцю в титанітах із діориту, проба ОС-6-В

Вік, розрахований в програмі koplot [9] з урахуванням похибок вимірювання ізотопних відношень (в останніх 10 мультизернових наважках) за нахилом лінії регресії, складає 1975±9,1 млн рр. Вік, розрахований за всіма наведеними в табл. 2 даними, є 1973±8,3 млн рр. (рис. 2), що в є в межах похибки.

Отже, добра узгодженість цифрових значень ізотопного віку, отриманими для циркону (1974 ± 1,2 млн рр. [3]) і титаніту -- 1973 ± 8,3 млн років, дозволяє в подальшому визначати вік титанітвмісних магматичних порід за результатами визначення лише ізотопного складу свинцю та припустити, зважаючи на відносно низьку температуру закриття уран-свинцевої ізотопної системи титанітів (нижче 650--700 °С [5, 6]) порівняно з цирконами, що діорити Осницького блоку були достатньо швидко охолоджені до температури закриття U--Pb ізотопної системи титанітів.

Висновки

1. Для діориту осницького комплексу було отримано вік 1973 ± 8,3 млн рр., обчислений з урахуванням раніше опублікованих даних, що добре співпадає з уран-свинцевим ізотопним віком 1974 ± 1,2 млн рр. цирконів цих діоритів.

2. Для визначення ізотопного віку титанітів з високим вмістом звичайного свинцю достатньо використати лише ізотопний склад свинцю, розрахувавши вік у координатах графіка ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb -- ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb, за тангенсом кута нахилу лінії регресії.

Список літератури

1. Бартницкий Е.Н., Бибикова Е. В., Верхогляд В.М., Легкова Г.В., Скобелев В.М., Терец Г.Я. Международный стандарт циркона для уран-свинцовых изотопных исследований. Геохимия и рудообразование, 1995. 21. С. 164 -- 167.

2. Методичні рекомендації з уран-свинцевого, рубідій-стронцієвого та самарій-неодимового ізотопного датування геологічних об'єктів при ГРР / ТІ. Довбуш, В.М. Скобелєв, Л.М. Степанюк / Київ: УкрДГРІ, 2008. 77 с.

3. Степанюк Л.М., Висоцький О.Б., Довбуш ТІ., Білан О.В., Коваленко Н.О. Геохронологія за цирконом і титанітом магматичних порід Осницького блоку (Український щит). Мінерал. журн., 2020. 42, № 1. С. 66 -- 75. https://doi.org/10.15407/mineraljoumal.42.01.066

4. Шуколюков Ю.А., Горохов И.М., Левченко О.А. Графические методы изотопной геологии. Москва: Недра, 1974. 207 с.

5. Cherniak D. J. Lead diffusion in titanite and preliminary results on the effects of radiation damage on Pb transport. Chemical Geology. 1993. V. 110. P. 177 -- 194.

6. Frost B. R., Chamberlain K. R., Schumacher J. C. Sphene (titanite): phase relations and role as a geochronometer. Chemical Geology, 2000. V. 172. P. 131 -- 148

7. Ludwig K.R. Pb Dating for MS-DOS, version 1.06. U.S. Geol. Survey Open-File Rept. 1989. № 88 -- 542. P.40.

8. Ludwig K.R. ISOPLOT for MS-DOS, version 2.0. U.S. Geol. Survey Open-File Rept. 1990. № 88 -- 557. P.38.

9. Ludwig K.R. ISOPLOT for Windows, version 3.00. A Geochronological Toolkit for Microsoft Excel. Berkeley Geochronology Center Special Publication, 2003. No. 4. Р. 70.

Размещено на Allbest.ru