CC BY
21
УДК 551.71:551.72:550.93(470.55/.57)
Ал.В. Тевелев1, В.М. Мосейчук2, Арк.В. Тевелев3, Б.Б. Шкурский4
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЗНАЧЕНИЙ ВОЗРАСТА ЦИРКОНОВ В МЕТАМОРФИТАХ ТАРАТАШСКОГО БЛОКА ЮЖНОГО УРАЛА (ИСХОДНЫЙ ПРОВЕНАНС-СИГНАЛ)
Обоснована и реализована идея разработки исходного провенанс-сигнала Тараташ-ского блока Южного Урала по изотопным датировкам цирконов из магматических и метаморфических пород архея и раннего протерозоя. Учтены 132 датировки, для которых дискордантность не превышала 10%. Получена диаграмма плотности вероятности возраста цирконов, которая использована, во-первых, для сравнения с плотностью вероятности возраста детритных цирконов из песчаников нижнерифейской айской свиты, а во-вторых, — с плотностью вероятности возраста цирконов метаморфических пород Александровского блока, расположенного восточнее. Сходство распределений проверено с помощью теста Колмогорова—Смирнова.
Ключевые слова: Южный Урал, Тараташский блок, провенанс-сигнал, изотопный возраст, детритные цирконы.
The article establishes and realizes an idea of definition of the initial provenance signal for the Southern Urals Taratash block using isotope dating of the zircons in the Archean and Early Proterozoic magmatic and metamorphic rocks. The work takes into account 132 data for which the discordance did not exceed 10%. We obtained a probability density diagram for zircon ages, which we used firstly for comparison with detrital zircons ages from the sandstones of lower riphean Ay suite, and secondly, with density of the zircon ages in the metamorphic rocks of the Aleksandrovsky block located to the east. The similarity of distributions was verified by means of the Kolmogorov-Smirnov test.
Key words: Southern Urals, Taratash block, provenance signal, isotope age, detrital zircons.
Введение. В последние 10—15 лет резко возрос интерес к изучению возраста детритных цирконов из терригенных комплексов в различных регионах, в том числе на Южном Урале [Орлов и др., 2011; Кузнецов и др., 2012, 2013; Романюк и др., 2017]. Задача таких исследований состоит не только и даже не столько в получении информации о возрасте и генезисе материнских пород, сколько в обосновании палеотектонических реконструкций, основанных на определении областей сноса, существовавших при формировании этих комплексов. При этом предполагается, что для различных регионов существуют эталонные наборы значений возраста цирконов, которые связаны с наиболее типичными и широко распространенными магматическими и метаморфическими комплексами этих регионов, и отвечают разным этапам их развития (исходные провенанс-сигналы). Чем шире распространены в регионе-источнике комплексы пород, тем больше цирконов из них накапливается в терригенных породах области накопления. Задача идентификации усложняется тем, что в области на-
копления могут быть смешаны цирконы из разных областей размыва.
Количество датированных детритных цирконов в пробе терригенных пород обычно исчисляется сотнями, а для значений их возраста строится гистограмма (диаграмма плотности вероятности), которую нужно сравнить с гистограммой, отражающей исходный провенанс-сигнал. Однако, как правило, для эталонных регионов существует только общий набор значений возраста магматических и метаморфических комплексов, которые должны были поставлять цирконы в изучаемые терригенные комплексы, а исходные диаграммы плотности вероятности отсутствуют. Поэтому пики на гистограммах возраста детритных цирконов проверяются на соответствие уровням возраста эталонных комплексов. Такая ситуация обеспечивает только качественную интерпретацию результатов исследования, но не позволяет обработать их математически.
Чтобы сравнивать диаграммы плотности вероятности для различных терригенных ком-
1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра региональной геологии и истории Земли, профессор, докт. геол.-минерал. н.; e-mail: [email protected]
2 ООО НТПП ГЕОПОИСК, ген. директор; e-mail: [email protected]
3 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра региональной геологии и истории Земли, профессор, докт. геол.-минерал. н.; e-mail: [email protected]
4 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра региональной геологии и истории Земли, доцент, канд. геол.-минерал. н.; e-mail: [email protected]
Га/ -Й )аташскии Ь \ блок'1 I/ Куса Н. Уфапей Кыштым О 55°
С -о- О Златоуст Сатка 4« О Миасс 20' О злябинск 54"
59° У чалы О 00' Пласт О 40' 54°
60е 00' 61 ° 00' 00'
40 35 30 25 20 15 10
Рис. 2. Гистограммы плотности вероятности значений возраста цирконов метаморфитов Тараташского блока (а, б). Объяснения см. в тексте
гтттЛ П"-
Рис. 1. Схема расположения Тараташского блока
-Т"ПтПп
П-|Пп,гпП..гП,.пгПп
млн лет
плексов принято применять критерии Колмогорова—Смирнова, основанный на оценке разницы между максимальными значениями двух функций распределения. Однако этот критерий, строго говоря, применим только для сравнения непрерывных последовательностей случайно распределенных величин, к которым распределение возраста детритных цирконов в пробах не относится в принципе, поскольку возраст родительских пород чаще всего сильно различается. Этим объясняются часто встречаемые на гистограммах лакуны с нулевыми значениями.
Постановка задачи и фактический материал. В качестве одного из возможных материнских районов для рифейских и более молодых терригенных комплексов Южного Урала обычно указывается Тараташский выступ (блок) восточного края фундамента Восточно-Европейской платформы (рис. 1), который применительно к задачам палеотектонических реконструкций иногда называют Тараташским орогеном [Романюк и др., 2017]. Интерес к Тараташскому блоку во многом вызван не только тем, что он представляет собой самый восточный известный выход фундамента Восточно-Европейской платформы, но и тем, что в последние годы накоплен большой фактический материал о изотопном возрасте слагающих его архейско-раннепротерозойских метаморфических пород, в том числе и—РЬ изотопном возрасте цирконов [Краснобаев, Чередниченко, 2005; Краснобаев и др., 2011; Ронкин и др., 2012; Пыстин, Пыстина, 2015; Тевелев и др., 2015].
Тараташский комплекс сложен двупироксено-выми кристаллическими сланцами, амфиболитами по этим сланцам, гиперстеновыми плагиогнейса-ми (эндербитами) с телами метаультрамафитов, а также мигматитами, биотитовыми гнейсами с
** # # цг
млн лет
гранатом, силлиманитом, кордиеритом и графитом, с прослоями кварцитов, графитистых и маг-нетитовых кварцитов. Со стратифицированными образованиями тараташского комплекса ассоциированы разнообразные метаплутонические породы от метагабброидов до металейкогранитов. Все породы метаморфизованы в гранулитовой фации и испытали по крайней мере две стадии диафтореза [Ленных, Петров, 1974].
Задача исследования состояла в том, чтобы разработать исходный провенанс-сигнал Тараташско-го блока, учитывая все известные на сегодняшний день изотопные датировки цирконов, а кроме того, определить структуру этого провенанс-сигнала в отношении разнообразных комплексов, участвующих в его формировании. Все и—РЬ изотопные датировки тараташских цирконов можно разделить на четыре группы, различающиеся по возрасту и принадлежности цирконов к исходным породам: 1) цирконы из стратифицированных образова-
Значения U-Pb изотопного возраста цирконов метаморфитов Тараташского блока
Номер п/п Возраст, млн лет + 1а В Номер п/п Возраст, млн лет + 1а В Номер п/п Возраст, млн лет + 1а В Номер п/п Возраст, млн лет + 1а В Номер п/п Возраст, млн лет + 1а В
1 1991 11 3 28 2062 18 0 55 1995 28 1 82 2971 15 3 109 2037 29 0
2 2034 13 1 29 2042 17 1 56 1998 29 1 83 1878 15 7 110 2106 19 -3
3 1966 11 4 30 2038 24 0 57 2007 25 2 84 2061 15 -1 111 2080 20 -2
4 1982 13 3 31 1944 23 -4 58 2022 25 1 85 2062 26 0 112 2077 19 -1
5 1988 10 3 32 2014 26 1 59 2022 25 1 86 2061 23 0 113 2151 21 -6
6 2006 14 2 33 2022 24 0 60 2038 26 -1 87 2064 13 0 114 2131 22 -3
7 1985 13 4 34 2027 27 1 61 2043 25 0 88 2059 30 0 115 2090 33 -4
8 2051 13 0 35 2030 25 2 62 2043 26 0 89 2064 11 0 116 2037 28 2
9 1988 11 3 36 2038 25 0 63 2051 25 -2 90 2053 19 0 117 2113 23 -6
10 1979 13 3 37 2043 27 1 64 2053 27 0 91 2090 29 -1 118 2094 15 -2
11 1974 16 4 38 2063 26 0 65 2014 11 1 92 2052 24 1 119 2128 23 -4
12 1990 11 3 39 2068 27 -1 66 2034 8 0 93 2064 23 0 120 2220 28 -7
13 2011 13 2 40 2069 24 -5 67 2050 10 0 94 2126 43 -2 121 2384 18 -2
14 2009 11 1 41 2069 25 -1 68 2063 9 -1 95 2193 12 0 122 2463 15 -2
15 2061 17 -1 42 2070 28 -2 69 2069 11 -1 96 2292 19 -1 123 2502 21 3
16 1978 11 4 43 1798 22 8 70 2074 11 -1 97 2420 14 0 124 2589 23 3
17 2074 15 -2 44 1814 22 7 71 2047 8 0 98 2661 14 2 125 2657 20 5
18 2034 12 1 45 1835 25 6 72 2070 8 0 99 2796 20 0 126 2794 27 7
19 1980 13 4 46 1942 23 4 73 2051 10 1 100 2789 21 0 127 1853 7 9
20 2008 15 3 47 1996 24 2 74 2062 9 0 101 2603 24 128 1883 1 8
21 2072 14 0 48 2004 24 1 75 2056 9 1 102 2207 21 129 1933 1 5
22 2063 12 0 49 2036 25 1 76 2461 10 8 103 2396 24 130 1993 1 2
23 2046 14 0 50 2049 26 0 77 2948 13 0 104 2201 22 131 2235 1 5
24 2030 20 0 51 2050 25 0 78 2955 13 0 105 2099 21 132 1859 22 1
25 2073 14 -1 52 2056 26 0 79 2892 18 3 106 1989 19 1
26 2071 16 0 53 2065 24 0 80 2774 14 8 107 2004 14 0
27 2048 15 1 54 2069 25 -1 81 3019 23 0 108 2030 16 0
Примечания: + 1а — ошибка определения; В — дискордантность.
ний (пара- и ортометаморфитов); 2) цирконы из плутонических образований (ортометаморфитов); 3) цирконы из мигматитов (преимущественно из лейкосомы); 4) цирконы из бластомилонитов, претерпевших эпидот-амфиболитовый и зелено-сланцевый диафторез.
Для расчета исходного провенанс-сигнала использованы как собственные данные, так и материалы, приведенные в работах [Краснобаев, Чередниченко, 2005; Краснобаев и др., 2011а; Рон-кин и др., 2012]. Эти данные сведены в таблицу.
Поскольку математически обоснованного числа классов при построении диаграммы плотности вероятности не существует (правило Стерджеса и правило квадратного корня годятся только для нормально распределенных величин), мы выбрали два варианта построения гистограмм. В первом
варианте объем классов выбран равным 25 млн лет (общая гистограмма для всех значений), а во втором — 10 млн лет (локальная гистограмма для наиболее характерной области значений). Мы исключили из расчетов значения, для которых дискордантность была выше |10|.
На общей гистограмме (рис. 2,а) выделяются две области. Первая область включает раннепро-терозойские значения от 1750 до 2300 млн лет и характеризуется практически непрерывным распределением, близким к нормальному, что хорошо видно на локальной гистограмме (рис. 2,6). Однако это распределение имеет очень высокий для нормального распределения положительный эксцесс (+2,98) и отрицательную асимметрию (—0,18). Среднее арифметическое для этого диапазона составляет 2040 млн лет, а мода — 2069 млн
млн лет
Рис. 3. Гистограмма плотности вероятности значений возраста детрит-ных цирконов из айской свиты
лет. Единичные значения, расположенные на рис. 2 в левой части гистограммы (интервал от 1790 до 1890 млн лет), отвечают определениям с дискордантностью >5, характеризуют измененные цирконы и, строго говоря, их можно не принимать в расчет. Основной же пик на гистограмме, занимающий интервал почти в 200 млн лет (от 1960 до 2140 млн лет), отвечает гранитоидам тараташского комплекса и мигматитам. Цирконы в мигматитах, как правило, имеют древние (архейские) ядра и молодые (2040—2070 млн лет) каймы обрастания. В цирконах лейкосомы древние ядра обычно отсутствуют.
Вторая область на общей гистограмме включает значения от 3100 до 2300 млн лет (поздний архей—начало раннего протерозоя) и состоит из отдельных пиков, содержащих одно-два значения (до трех) и разделенных пробелами в 25—75 млн лет. Соответствующие этим пикам цирконы обычно считают цирконами протолита. Они встречаются по большей части в тараташских параметаморфитах.
Применение исходного провенанс-сигнала для решения задач корреляции. Набор данных, приведенных в таблице, и рассчитанные по ним диаграммы плотности вероятности можно считать
2250 млн лет
Рис. 4. Кумулятивные диаграммы возраста цирконов из Тараташского комплекса и айской свиты
исходным провенанс-сигналом для Тараташского выступа фундамента ВосточноЕвропейской платформы. Используя эти данные, можно количественно оценить степень сходства в распределении детрит-ных цирконов и материнских цирконов в области размыва. Важная особенность исходного провенанс-сигнала состоит в том, что при появлении новых данных о материнских цирконах его можно легко дополнить.
В качестве примера мы рассчитали степень сходства исходного провенанс-сигнала и распределения значений возраста детритных цирконов в пробе, взятой из песчаников айской свиты нижнего рифея [Тевелев и др., 2015]. Датировки детритных цирконов (27 определений) попадают в интервал 1830—2170 млн лет (рис. 3). Степень сходства проверяли с помощью теста Колмогорова—Смирнова. На графике кумулятивных кривых (рис. 4) видно, что обе кривые практически совпадают до уровня 2030 млн лет, а далее кривая детритных цирконов становится более крутой и раньше выходит на уровень единицы. Тем не менее величина р=0,523 означает, что сравниваемые распределения относятся к одной популяции с вероятностью >95%, т.е. песчаники айской свиты, вероятнее всего, накапливались преимущественно за счет размыва Тараташского блока.
Дополнительной областью применения исходного провенанс-сигнала может быть сравнение распределений значений возраста цирконов в двух областях сноса, т.е. сравнение двух исходных провенанс-сигналов. Такая дополнительная задача состояла в следующем. Южнее Тараташского блока расположена линейная Александровская зона, сложенная интенсивно тектонизированны-ми пара- и ортометаморфитами разного генезиса. Возраст этих пород спорный. В настоящее время большинство исследователей склонны считать их аналогами тараташских. Для расчета исходного провенанс-сигнала Александровской зоны мы использовали и собственные материалы, и данные, приведенные в работах [Пыстин, Пыстина, 2015; Краснобаев и др., 2011б; Ронкин и др., 2012; 81пёегп е! а1., 2005]. К сожалению, большая часть известных к настоящему времени значений возраста цирконов имеет дискордантность больше 1101, поэтому остается только 20 приемлемых определений. Вместе с тем кумулятивные кривые возраста цирконов (рис. 5) для этих районов различаются только в интервале 1800—1950 млн лет, а вычисленная величина р=0,715 означает, что сравниваемые распределения относятся к одной популяции с вероятностью >95%, т.е., скорее всего, породы Та-раташского блока и Александровской зоны имеют одинаковый или очень близкий возраст.
Выводы. 1. Применение исходного провенанс-сигнала позволяет относительно корректно оценивать выводы о палеогеографической связи источников терригенного материала и областей его накопления. Кроме того, расчет исходных провенанс-сигналов позволяет математически оценивать степень сходства или различия в строении разобщенных ныне регионов.
2. Поскольку применение критерия Колмогорова—Смирнова для оценки сходства полимодальных и не непрерывных распределений не совсем корректно, в дальнейшем следует искать методы оценки, более строгие с математической точки зрения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Краснобаев А.А., Чередниченко Н.В. Цирконовый архей Урала // Докл. РАН. 2005. Т. 400, № 4. С. 510— 514.
Краснобаев А.А., Козлов В.И., Пучков В.Н. и др. Цирконология железистых кварцитов тараташского комплекса на Южном Урале // Докл. РАН. 2011а. Т. 437, № 6. С. 80-807.
Краснобаев А.А., Пучков В.Н., Бушарина С.В. и др. Цирконология израндитов (Южный Урал) // Докл. РАН. 20116. Т. 439, № 3. С. 394-398.
Кузнецов Н.Б., Романюк Т.В., Шацилло А.В. и др. Первые результаты массового U/Pb-изотопного датирования (LA-ICP-MS) детритных цирконов из ашинской серии Южного Урала: палеогеографический и палеотектонический аспекты // Докл. РАН. 2012. Т. 447, № 1. С. 73-79.
Ленных В.И., Петров В.И. Гранулитовый метаморфизм и этапы диафтореза пород тараташского комплекса // Тез. докл. 3-го Уральского петрографического совещ. Т. 1. Свердловск: ИГГ УрО АН СССР, 1974. С. 18-22.
Орлов С.Ю., Кузнецов Н.Б., Миллер Е.Л. и др. Возрастные ограничения протоуральско-тиманской ороге-нии по детритным цирконам // Докл. РАН. 2012. Т. 440, № 1. С. 87-92.
млн лет
Рис. 5. Кумулятивные диаграммы возраста цирконов из мета-морфитов Тараташского и Александровского блоков
Пыстин А.М., Пыстина Ю.И. Архейско-палео-протерозойская история метаморфизма пород Уральского сегмента земной коры // Тр. КарНЦ РАН. 2015. № 7. С. 3-18.
Романюк Т.В., Кузнецов Н.Б., Белоусова Е.А. и др. Стратотип рифея (Башкирское поднятие, Южный Урал): сопоставление U/Pb-возрастов детритных цирконов из песчаников бурзянской, юрматинской и каратауской серий // Тектоника современных и древних океанов и их окраин. Т. 2: Мат-лы XLIX Тектон. совещ., посвященного 100-летию академика Ю.М. Пущаровского. М.: ГЕОС, 2017. С. 158-162.
Ронкин Ю.Л., Синдерн С., Лепихина О.П. Изотопная геология древнейших образований Южного Урала // Литосфера. 2012. № 5. С. 50-76.
Тевелев Ал.В., Кошелева И.А., Тевелев Арк.В. и др. Новые данные об изотопном возрасте тараташского и александровского метаморфических комплексов (Южный Урал) // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2015. № 1. С. 27-42.
Sindern S, Hetzel R., Schulte B.A. et al. Proterozoic magmatic and tectonometamorphic evolution of the Taratash complex, Central Urals, Russia // Intern. J. Earth Sci. 2005. Vol. 94. P. 319-335.
Поступила в редакцию 20.03.2017
