CC BY
72
Кудрин К.Ю. и др. Результаты U-PB SHRIMP-II И AR-AR датирования магматических образований междуречья ... C. 6-16
УДК 552.11 (470.5)
РЕЗУЛЬТАТЫ U-PB SHRIMP-II И AR-AR ДАТИРОВАНИЯ МАГМАТИЧЕСКИХ ОБРАЗОВАНИЙ МЕЖДУРЕЧЬЯ СЁРТЫНЬЯ-ЩЕКУРЬЯ (ПРИПОЛЯРНЫЙ УРАЛ)
Кудрин Константин Юрьевич,
канд. геол.-минерал. наук, доцент каф. геологии Института природопользования Югорского государственного университета, Россия, 628011, г. Ханты-Мансийск, ул. Чехова, 16. E-mail: kudringeo@inbox.ru
Иванов Кирилл Святославич,
д-р. геол.-минерал. наук, заведующий лабораторией региональной геологии и геотектоники Института геологии и геохимии им. А.Н. Заварицкого УрО РАН, Россия, 620075, г. Екатеринбург, пер. Почтовый, 7. E-mail: ivanovks55@ya.ru
Шокальский Сергей Павлович,
канд. геол.-минерал. наук, заведующий отделом Всероссийского научно-исследовательского геологического института им. А.П. Карпинского, Россия, 199106, г. Санкт-Петербург, Средний проспект, 74. E-mail: Sergey_Shokalsky@vsegei.ru
Наставко Екатерина Вячеславовна,
канд. геол.-минерал. наук, инженер 1 категории ОАО «Кузбассгипрошахт», Россия, 650610, г. Кемерово, ул. Николая Островского, 34.
E-mail: evnastavko@ya.ru
Актуальность работы. В последние годы большое внимание уделяется проблеме возрастной идентификации интрузивных образований восточного склона Среднего, Северного и Приполярного Урала в связи с отсутствием в их окружении вмещающих стратиграфических образований с надёжной палеонтологической характеристикой. Получаемые при этом результаты зачастую имеют значения гораздо древнее, чем было принято считать. Этот факт положил начало пересмотру имеющихся представлений об эволюции магматизма данного района.
Цель работы: уточнение схемы развития магматизма территории на основании комплекса геологических наблюдений и результатов аналитических исследований.
Методы исследования. Минералогические исследования проведены на электронном сканирующем микроскопе JSM-6510LV (Jeol Ltd) с энерго-дисперсионным спектрометром INCAEnergy 350 с детектором X-Max-80 (Oxford Instruments Analytical Ltd.) при ускоряющем напряжении 20 кВ, токе электронного пучка 0,3~0,5 нА, время при наборе спектров 10 с (Новосибирск, Институт геологии и минералогии СО РАН, аналитик Н. С Карманов). Абсолютный возраст определён Ar-Ar методом по породообразующим амфиболам габбро и диоритов (Новосибирск, Институт геологии и минералогии СО РАН, аналитик А.В. Травин). U~Pb локальное датирование цирконов габбро и диоритов выполнено с помощью вторично-ионного микрозонда высокого разрешения SHRIMP-II (ЦИИ, ВСЕГЕИ) по методике, описанной I.S. Williams (1998). Коррекция на нерадиогенный свинец проводилась по измеренному 204Pb и современному изотопному составу свинца в модели Стейси-Крамера.
Результаты. Проведено изучение и датирование габбро и диоритов, слагающих крупные структурно-вещественные блоки на восточном склоне Приполярного Урала - Щекурьинский и Сёртыньинско-Щекурьинский массивы. Большинство изученных цирконов имеют замкнутую U-Pb изотопную систему с конкордантными (согласующимися) или субконкордантными возрастами (степень дискордантности ±5 %). Полученные датировки демонстрируют значительно более ранние возраста изученных объектов, чем это считалось ранее: магматический возраст габбро тагилокытлымского комплекса в структуре Щекурьинского массива принят 498±6,5 млн лет по Ar-Ar датировке по амфиболу, габбро северорудничного комплекса - 465,2±6,5 млн лет по Ar-Ar датировке по амфиболу, диоритов Сёртыньинско-Щекурьинского массива - 461-471 млн лет по U-Pb датировке по циркону. Предполагается: 1) «молодые» (430±5млн лет) цирконы указывают на время метаморфизма габбро тагилокытлымского комплекса; 2) «древние» (1992-1994 и 620-650 млн лет) цирконы диоритов северорудничного комплекса ксеногенные и указывают на события под Тагильским островодужным террейном в фундаменте прилегающей с запада платформы, попавшего в зону субдукции, и на события в верхней мантии соответственно. Установленные РТ-параметры формирования интрузивных пород свидетельствуют о временном разрыве между внедрением расплава и началом кристаллизации амфиболов, что указывает на более ранний возраст интрузий, нежели принято нами по результатам Ar-Ar датирования.
Ключевые слова:
Приполярный Урал, палеоостроводужный сектор, магматизм, абсолютный возраст, циркон, уран-свинцовое датирование, амфиболы, аргон-аргоновое датирование.
Введение ных образований восточного склона Среднего, Се-
В последние годы большое внимание уделяется верного и Прип°лярн°г° Урала в связи с отсутстви-проблеме возрастной идентификации интрузив- ем в их окружении вмещающих стратиграфиче-
6
Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2015. Т. 326. № 8
ских образований с надёжной палеонтологической характеристикой [1, 2]. Получаемые при этом результаты определения абсолютных возрастов зачастую имеют значения гораздо древнее, чем было принято считать. Этот факт положил начало пересмотру имеющихся представлений об эволюции магматизма данного района [3].
Представляемые результаты являются продолжением начатых в данном направлении работ. Объектами изучения являются габброиды Щеку-рьинского массива и диориты Сёртыньинско-Ще-курьинского массива на восточном склоне Приполярного Урала, которые опробованы при проведении полевых исследований (рис. 1).
U-Pb локальное датирование цирконов габбро и диоритов выполнено с помощью вторично-ионного микрозонда высокого разрешения SHRIMP-II (ЦИИ, ВСЕГЕИ) по методике, описанной в работе [4]. Коррекция на нерадиогенный свинец проводилась по измеренному 204Pb и современному изотопному составу свинца в модели Стейси-Крамера [5].
В строении габбрового Щекурьинского массива, который является северным продолжением крупного Хорасюрского массива, участвуют два типа габброидов, различающиеся по минералогическим, петрохимическим и геохимическим особенностям [6]. В соответствии с [7] они сопоставлены с тагилокытлымским (более древние) и северорудничным комплексами. В береговых обнажениях р. Сёртынья между ними задокументирован интрузивный контакт (с зоной закалки): полосчатые амфиболовые габбро тагилокытлымского комплекса (распространены преимущественно в западной части Щекурьинского массива) прорваны массивными амфибол-пироксеновыми габбро северорудничного комплекса.
Оба типа габброидов прорываются диоритами Сёртыньинско-Щекурьинского массива, которые по совокупности петрогеохимических признаков рассматриваются как вторая фаза становления северорудничного комплекса [6].
РТ-параметры образования и преобразования пород
РТ-условия формирования интрузивных образований оценивались разными дополняющими друг друга способами: на основе однопироксеново-го геотермобарометра Мерсье [8] - для пироксен-амфиболовых диоритов и массивных пироксен-ам-фиболовых габбро, амфиболовым [9-11], титано-магнетитовым [12] и магнетит-ильменитовым [13] геобаротермометрами - для всех пород.
Полосчатые габбро тагилокытлымского комплекса. Амфиболы полосчатых габбро характеризуются плеохроизмом от светло-зелёной до густой сине-зелёной окраски и по составу отвечают ряду эденит-паргасит-ферроэденит-ферропаргасит, единичные зерна - чермакиту, магнезиальной роговой обманке и актинолиту; весь амфибол пробы 11 соответствует магнезиальной роговой обманке (рис. 2).
ставлена с использованием материалов М.М. Павлова (1990), В.В. Бочкарева [14], результатов аэромагнитной съёмки (А.В. Чурсин, 2009) и данных авторов статьи. 1 - мезозойско-кайнозойские отложения;
2 - вулканиты рувшорской толщи; 3 - эффузивы со-имшорской толщи; 4 - палеоконтинентальный сектор Урала (польинская свита); 5 - плагиограниты невыясненной принадлежности; 6 - диориты северорудничного комплекса; 7 - габброиды северорудничного комплекса; 8 - габброиды тагилокытлымского комплекса; 9 - гипербазиты салатимского комплекса; 10 - зона ГУГР; 11 - геологические границы; 12 - надвиги и разрывные нарушения; 13 - точки отбора проб и их номера; 14 - массивы: 1 - Щекурьин-ский; 2 - Сёртыньинско-Щекурьинский; 3 - Сёрты-ньинский
Fig. 1. Scheme of mineralogicalsampling of Shchekurinskiyand
Sertyninsko-Shchekurinskiy massifs. Based on the materials of M.M. Pavlov (1990), V.V. Bochkarev [14], aero-magnetic survey results (A. V. Chursin, 2009) and the data of the authors of the given paper. 1 - Mesozoic-Cai-nozoic deposits; 2 - volcanics of ruvshorskaya formation; 3 - effusives of soimshorskaya formation; 4 - pale-ocontinental sector of the Urals (polinskaya series); 5 -plagiogranites of uncertained belonging; 6 - diorites of severorudnichnyy complex; 7 - gabbroids of severorud-nichnyy complex; 8 - gabbroids of tagilokytlymskiy complex; 9 - ultrabasites of salatimskiy complex; 10 -area of the Main Uralian Deep Break; 11 - geological boundaries; 12 - thrusts and faults; 13 - sampling points and their numbers; 14 - massifs: 1 - Shchekurinskiy; 2 -Sertyninsko-Shchekurinskiy; 3 - Sertyninskiy
В табл. 1 приведены РТ-параметры, полученные по амфиболовым геотермобарометрам: температура варьирует от 592 до 843 °С, при давлении от 4,7 до 10,8 кбар. Для актинолита в образце 7 рассчитанная температура составила 545 °С.
7
Кудрин К.Ю. и др. Результаты U-PB SHRIMP-II И AR-AR датирования магматических образований междуречья ... C. 6-16
Рис. 2. Положение составов амфиболов полосчатых (точки -11) и массивных (точки 14, 15) габбро Щекурьинского массива и диоритов (точка 20) Сёртыньинско-Щекурьинского массива на диаграмме Si ф.ед. - Mg# [15]. Условные обозначения -в соответствии с нумерацией образцов на рис. 1
Fig. 2. Compositions of amphiboles of the banded (points 1-11) and massive (points 14, 15) of the gabbro of Shchekurinskiy massif and diorites (point 20) of Sertyninsko-Shchekurinskiy massif on the diagram Si (formula units) - Mg# [15]. The symbols corresponds to sample numeration in Fig. 1.
Титаномагнетит полосчатых габбро характеризуется структурами распада твёрдого раствора с образованием полосовидных выделений вторичного ильменита и игольчатого рутила, по которым развивается вторичный сфен (рис. 3, А, Б).
Основываясь на составе пар титаномагнетитильменит, изученных в образцах 3 (одна пара), 4 (шесть пар) и 9 (четыре пары), температура составила диапазон от 750 до 854 °С, что выше температур, полученных при помощи амфиболовых термометров.
Исходя из рассчитанных РТ-параметров, можно говорить о том, что для полосчатых габбро их максимальные значения фиксируют условия кристаллизации породы или существенно приближены к ним, постепенное их понижение указывает на постмагматические преобразования, а минимальные отражают метаморфические преобразования.
Таким образом, температура кристаллизации полосчатых габбро принимается нами в диапазоне 750-854 °С при давлении 10,5-10,8 кбар (глубина порядка 32 км). Температура постмагматических и метаморфических изменений фиксируется в диапазоне 600-720 C на фоне снижения давления до
4,7 кбар, что можно объяснить перемещением кристаллизующегося материала к поверхности (до глубины 14 км).
Массивные габбро северорудничного комплекса. Пироксен, изученный в образце 14, однороден, соответствует диопсиду, состав которого по результатам 9 электронно-зондовых измерений (%): En 38-39, Fs 14-16, Wo 46-48. Температура его образования составила диапазон от 923 до 1016 °С. По всей видимости эту температуру достаточно достоверно можно принять за условия образования габбро.
Амфиболы массивных габбро обладают плеохроизмом от бледно-бурой до темно-грязно-зелёной окраски и отвечают по составу магнезиальной роговой обманке (рис. 2), реже актинолиту. РТ-пара-метры, полученные по различным амфиболовым геотермобарометрам, приведены в табл. 2.
Из образца 14 изучены составы двух пар магнетит-ильменит (рис. 3, В, Г). Температура составила 546-571 °C, что практически полностью совпадает с температурами метаморфических преобразований породы, приведших к образованию актинолита (545-593 C), полученных при помощи амфибо-ловых термометров.
Таблица 1. РТ-параметры полосчатых габбро тагилокытлымского комплекса по амфиболам Table 1. PT-parameters of banded gabbro of tagilokytlymskiy complex by amphiboles
Геотермобарометры № образца/Sample
Geothermobarometer 1 2 3 4 7 9 11
Барометры/Barometers
Hammastrom, Zen, 1986 P (±3 кбар) 9,7 7,7-10 5,4-7,8 6,1-8,9 4,7-6,7 5,1-6,6 5,2-6,6
Hollister et al, 1987 P (±1 кбар) 10,5 8,2-10,8 5,7-8,4 6,5-9,6 5,0-7,1 5,4-7,1 5,5-7,0
Термометры/Thermometers
Otten, 1984 °C 718 637-683 623-697 643-723 675-843 639-705 592-648
8
Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2015. Т. 326. № 8
Рис. 3. Магнитные акцессорные минералы габброидов Щекурьинского массива. Полосчатые габбро тагилокытлымского комплекса: образцы А - 4; Б - 2; массивные габбро северорудничного комплекса: образец В, Г - 14в соответствии с рис. 1. mt - магнетит; tm - титаномагнетит; il - ильменит; pi - плагиоклаз; am - амфибол; ap - апатит; r - рутил; cl - хлорит
Fig. 3. Magnetic accessory minerals of gabbroids of Shchekurinskiy massif. Banded gabbro of tagilokytlymskiy complex: samples А
4; Б - 2; massive gabbro of severorudnichnyy complex: sample В, Г - 14 according to Fig. 1. mt - magnetite; tm - titanomag-
netite; il - ilmenite; pl - plagioclase; am - amphibole; ap
Таким образом, температура кристаллизации массивных габбро принимается нами в диапазоне 923-1016 °C, температура постмагматических процессов - 600-920 °C, метаморфических преобразований - 545-593 °C. Значение давления, при
apatite; r - rutile; cl - chlorite
котором происходила кристаллизация магматического расплава, определить не удалось; давление, при котором протекали постмагматические и метаморфические процессы, составило 0,1-4,7 кбар, что отражает глубину от 0,3 до 14 км.
Таблица 2. РТ-параметры массивных пироксен-амфиболовых габбро и пироксен-амфиболовых диоритов по амфиболу Table 2. PT-parameters of massive pyroxene-amphibole gabbro andpyroxene-amphibole diorites by amphibole
№ образца/Sample
Геотермобарометры Габбро/Gabbro Диорит/Diorite
Geothermobarometer 14 15 20
Hbl Act Hbl Act Ed Hbl Act
Барометры/Barometer
Hammastrom, Zen, 1986, P (±3 кбар) до 1,5 - 1,8-4,5 - до 1,3 0,4-0,9 -
Hollister et al, 1987, P (±1 кбар) до 1,4 - 1,6-4,7 - до 1,1 0,1-0,7 -
Термометры/Thermometer
Otten, 1984 °C 600-717 545-593 614-789 545-582 695-749 715-743 569-574
Ed - эденит, Hbl - роговая обманка, Act - актинолит. Ed - edenite, Hbl - hornblende, Act - actinolite.
9
Кудрин К.Ю. и др. Результаты U-PB SHRIMP-II И AR-AR датирования магматических образований междуречья ... C. 6-16
Диориты северорудничного комплекса. Пироксен изучен в образце 20 и соответствует диопсиду, по результатам 17 электронно-зондовых измерений (%): En 34-40, Fs 16-22, Wo 42-46. Температура образования составила от 1094 до 1192 °С, что достаточно близко к параметрам, полученным на основе составов ильменита и магнетита. Данную температуру, по всей видимости, можно отождествлять с условиями формирования породы.
Основываясь на составе двух пар магнетит-ильменит, изученных в образце 20, температура образования составила 1045 и 1063 °C, что значительно выше температур, полученных при помощи амфиболовых термометров. Данный диапазон температур соответствует начальным условиям постмагматических преобразований.
Амфиболы в диорите разделились на эденит (рис. 2), магнезиальную роговую обманку и актинолит. Полученные по амфиболам РТ-параметры (табл. 2), по всей видимости, фиксируют метаморфические процессы.
Таким образом, температура кристаллизации диоритов принимается нами в диапазоне 1094-1192 °C; величину начального давления установить не удалось. Постмагматические изменения фиксируются при температуре 600-1063 °C, метаморфические изменения - в диапазоне 545-600 °C при давлении до 1,5-4,7 кбар, что также свидетельствует о перемещении раскристалли-зованного материала к поверхности (до глубины 14 км и менее).
Следует отметить, что в массивах Платиноносного пояса Урала обнаруживаются очень разные, падающие по мере продвижения массивов к поверхности, давления и температуры [16, 17].
О возрасте интрузивных образований
В основе интерпретации результатов изотопногеохронологического датирования интрузивных образований Щекурьинского и Сёртыньинско-Ще-курьинского массивов лежат следующие геологические наблюдения: 1) полосчатые габбро таги-локытлымского комплекса прорываются массивными габбро северорудничного комплекса (правый борт р. Сёртынья, 800 м выше устья руч. Соламья, собственные данные); 2) диориты северорудничного комплекса прорывают все типы габброидов (по результатам геологической съемки масштаба 1:50000 (Б.Ф. Костюк, 1967) и геологического доизучения площади масштаба 1:50000 (М.М. Павлов, 1990)).
Из полосчатых габбро тагилокытлымского комплекса Щекурьинского массива цирконы выделены из материала пробы 5 (рис. 4), отобранной из скальных обнажений в левом борту р. Сёрты-нья, амфиболы изучались в образцах 2, 4, 4-1 и 8 (рис. 1).
Большинство изученных цирконов имеют замкнутую U-Pb изотопную систему (рис. 5) с конкор-дантными (согласующимися) или субконкордант-ными возрастами (степень дискордантности от
5 до -5 %). В полосчатых габбро отчетливо проявляется датировка по цирконам 430±5 млн лет (табл. 3), то есть ранний силур, конец лландовери. С ней практически совпадают две Ar-Ar датировки по амфиболу (рис. 6, А, Б). Возраст 430 млн лет можно было бы принять как магматический. Однако по характеру цирконов видно, что это так называемые секториальные цирконы (рис. 4), характерные для метаморфических преобразований [18, 19]. Таким образом, 430 млн лет - это, вероятно, возраст метаморфизма полосчатых габбро. Их магматический возраст фактически неизвестен, условно его можно считать 498±6,5 млн лет по Ar-Ar датировке по амфиболу (рис. 6, Г).
Рис. 4. Катодолюминесцентные изображения цирконов из полосчатых габбро тагилокытлымского комплекса Щекурьинского массива
Fig. 4. Cathodoluminescent images of zircons from banded
gabbro of tagilokytlymskiy complex in Shchekurinskiy massif
Рис. 5. U~Pb SHIMP-II изотопные данные для цирконов из полосчатых габбро тагилокытлымского комплекса Щекурьинского массива
Fig. 5. U-Pb SHIMP-II isotopic data for zircons from banded gabbro of tagilokytlymskiy complex in Shchekurinskiy massif
10
Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2015. Т. 326. № 8
Таблица 3. U~Pb возраст цирконов из полосчатых габбро тагилокытлымского комплекса Щекурьинского массива Table 3. U~Pb age of zircons from banded gabbro of tagilokytlymsk complex in Shchekurinskiy massif
Образец/точка Sample/point 206Pbc % Содержание, г/т Content, g/t —Th 238U Возраст, млн лет (1) Age, million years (1) D, % Изотопные отношения (1) Isotopic ratio (1)
U Th 206Pb* 206Pb 238U 207Pb 206Pb 238U 206Pb* ±% 207Pb* 206Pb* ±% 207Pb* 235 U ±% 206Pb* 238U ±%
5/1.1 0,00 46 25 2,7 0,56 425±9 418±129 -2 14,7 2,1 0,0551 5,8 0,518 6,2 0,0681 2,1
5/2.1 0,00 56 32 3,38 0,60 440±9 459±145 +4 14,1 2,0 0,0562 6,5 0,547 6,8 0,0707 2,0
5/3.1 0,00 118 41 6,95 0,36 429±7 471±83 +9 14,5 1,6 0,0565 3,8 0,536 4,1 0,0688 1,6
5/4.1 0,00 40 19 2,34 0,49 424±10 668±130 +38 14,7 2,3 0,0618 6,1 0,580 6,5 0,0680 2,3
5/5.1 - 71 38 4,23 0,56 432±9 696±311 +39 14,4 2,2 0,0627 14,6 0,598 14,7 0,0692 2,2
5/6.1 0,00 109 57 6,05 0,53 402±6 407±109 +1 15,6 1,6 0,0549 4,9 0,487 5,1 0,0643 1,6
5/6.2 0,00 94 32 5,59 0,35 430±7 413±87 -4 14,5 1,6 0,0550 3,9 0,524 4,2 0,0690 1,6
5/7.1 0,00 51 30 3,01 0,60 428±8 371±122 -16 14,6 1,9 0,0540 5,4 0,512 5,7 0,0687 1,9
5/8.1 0,00 51 27 3,03 0,54 429±8 466±117 +8 14,5 2,0 0,0563 5,3 0,535 5,7 0,0688 2,0
5/9.1 - 170 74 9,7 0,45 414±7 567±180 +28 15,1 1,7 0,0590 8,3 0,539 8,4 0,0663 1,7
5/10.1 0,00 52 27 3,1 0,53 436±9 499±120 +13 14,3 2,1 0,0572 5,4 0,553 5,8 0,0701 2,1
5/10.2 0,00 111 56 6,59 0,52 430±7 486±80 +12 14,5 1,6 0,0569 3,6 0,540 4,0 0,0689 1,6
5/11.1 0,00 55 32 3,12 0,61 412±7 485±101 +15 15,1 1,9 0,0568 4,6 0,517 4,9 0,0660 1,9
Примечание. Pbc и Pb* - общий и радиогенный свинец. (1) - коррекция на нерадиогенный свинец по 204Pb. «-» - не обнаружено (содержание ниже порога чувствительности). Погрешности калибровки относительно стандартов 0,38 %.
Note: Pbc and Pb* indicate the common and radiogenic portions, respectively. (1) Common Pb corrected using measured 204Pb. «-» not detected (content is below the threshold). Error in TEMORA Standard calibration was 0,38 %.
Ar-Ar датировка 371 млн лет (поздний девон) (рис. 6, В): по всей видимости - это возраст коллизии Тагильской островной дуги с Русской платформой (что характерно для более южных районов Урала) [20].
Из кварцевых диоритов северорудничного комплекса Сёртыньинско-Щекурьинского массива цирконы выделены из материала пробы 18 (рис. 7), отобранной из скальных обнажений в левом борту р. Сёртынья (рис. 1) - наша точка отбора совпадает с пробой № 25 из [21]. Амфиболы массивных габбро этого комплекса изучены в точке 14 (рис. 1). Полученные результаты показали следующее:
а) большинство изученных цирконов имеют замкнутую U-Pb изотопную систему (рис. 8) с кон-кордантными (согласующимися) или субкон-кордантными возрастами (степень дискордант-ности от 5 до -5 %);
б) две датировки по одному зерну циркона показали 1992-1994 млн лет (табл. 4). Очевидно, что это ксеногенный циркон, вероятно, из фундамента прилегающей с запада Русской платформы, попавший в зону субдукции под Платиноносным поясом Урала;
в) четыре датировки в диапазоне 620-650 млн лет получены по одному зерну циркона (табл. 4). Это также ксеногенное зерно. Вероятно, из мантии под приполярной частью Тагильской островной дуги;
г) два зерна циркона, по которым получен возраст 460-470 млн лет (табл. 4). Исходя из строения зёрен (рис. 7), наличию тонкой ритмической зональности - это магматические цирконы, и они дают магматический возраст диоритов: конец среднего -начало позднего ордовика. Кроме того, этот возраст совпадает с возможно магматическим Ar-Ar (по амфиболу) возрастом массивных габбро (рис. 6, Д).
Таблица 4. U~Pb возраст цирконов из кварцевых диоритов северорудничного комплекса Сёртыньинско-Щекурьинского массива
Table 4. U~Pb age of zircons from quartz diorites of severorudnichnyy complex in Sertyninsko-Shchekurinskiy massif
Образец/ точка Sample/point 206Pbc % Содержание, г/т Content, g/t 232Th 238U Возраст, млн лет (1) Age, million years (1) D, % Изотопные отношения (1) Isotopic ratios (1)
U Th 206Pb* 206Pb 238 U 207Pb 206Pb 238U 206Pb* ±% 207Pb* 206Pb* ±% 207Pb* 235U ±% 206Pb* 238U ±%
18/1.1 0,00 28 11 1,83 0,40 471±13 617±205 +24 13,2 2,9 0,0604 9,5 0,63 9,9 0,076 2,9
18/1.2 0,00 115 66 7,48 0,59 469±8 513±105 +9 13,2 1,8 0,0576 4,8 0,60 5,1 0,076 1,8
18/2.1 0,00 68 38 4,31 0,58 461±10 549±132 +17 13,5 2,1 0,0585 6,0 0,60 6,4 0,074 2,1
18/2.2 0,00 48 13 3,09 0,27 465±11 458±173 -1 13,4 2,5 0,0561 7,8 0,58 8,2 0,075 2,5
18/3.1 0,00 71 25 22,1 0,36 1994±37 1993±34 -0 2,8 2,1 0,1225 1,9 6,12 2,9 0,363 2,1
18/3.2 0,35 48 10 14,9 0,22 1992±44 1968±64 -1 2,8 2,5 0,1208 3,6 6,03 4,4 0,362 2,5
18/4.1 0,00 110 50 9,92 0,48 646±11 811±79 +21 9,5 1,8 0,0661 3,8 0,96 4,2 0,105 1,8
18/4.2 1,04 66 44 6,06 0,69 650±15 756±308 +15 9,4 2,5 0,0644 14,6 0,94 14,8 0,106 2,5
18/4.3 0,00 361 136 32,9 0,39 650±8 670±46 +3 9,4 1,4 0,0619 2,2 0,91 2,6 0,106 1,4
18/4.4 - 182 57 15,8 0,33 620±10 899±135 +32 9,9 1,7 0,0690 6,6 0,96 6,8 0,101 1,7
Примечание: Pbc и Pb* - общий и радиогенный свинец. (1) - коррекция на нерадиогенный свинец по 204Pb. «-» - не обнаружено (содержание ниже порога чувствительности). Погрешности калибровки относительно стандартов 0,38 %.
Note: Pbc and Pb* indicate the common and radiogenic portions, respectively. (1) Common Pb corrected using measured 204Pb. «-» not detected (content is below the threshold). Error in TEMORA Standard calibration was 0,38 %.
11
Кудрин К.Ю. и др. Результаты U-PB SHRIMP-II И AR-AR датирования магматических образований междуречья ... C. 6-16
Рис. 6. Результаты Ar-Ar датирования габброидов Щекурьинского массива по породообразующему амфиболу: А~Г - полосчатые габбро тагилокытлымского комплекса; Д - массивные габбро северорудничного комплекса. Нумерация образцов в соответствии с рис. 1
Fig. 6. Results of Ar-Ar dating of gabbro in Shchekurinskiy massif by the rock-forming amphibole: А~Г are the banded gabbro of tag-
ilokytlymskiy complex; Д is the massive gabbro of severorudnichnyy complex. Sample numbers correspond to Fig. 1
Рис. 7. Катодолюминесцентные изображения цирконов из кварцевых диоритов северорудничного комплекса Сёртыньинско-Щекурьинского массива
Fig. 7. Cathodoluminescent images of zircons from quartz diorites of severorudnichnyy complex in Sertyninsko-Shchekurinskiy massif
12
Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2015. Т. 326. № 8
Рис. 8. U~Pb SHIMP-II изотопные данные для цирконов из кварцевых диоритов северорудничного комплекса Сёртыньинско-Щекурьинского массива
Fig. 8. U~Pb SHIMP-II isotopic data for zircons from quartz diorites of severorudnichnyy complex in Sertyninsko-Shchekurinskiy massif
Обсуждение результатов и выводы
Прежде всего, следует отметить, что приводимые минералогические и изотопно-геохимические характеристики пород Щекурьинского и Сёртыньинско-Щекурьинского массивов получены для описываемой территории впервые.
По результатам работ можно сформулировать следующее.
1. Полученные датировки интрузивных пород Щекурьинского и Сёртыньинско-Щекурьинского массивов демонстрируют значительно более ранние возраста изученных объектов, чем это предполагалось ранее:
а) самыми древними из изученных породных ассоциаций являются полосчатые габбро Щеку-рьинского массива, относящиеся к тагилокытлым-скому комплексу. Их возраст условно принят 498±6,5 млн лет по Ar-Ar датировке по амфиболу. По всей видимости, принятый возраст не в полной мере отражает время внедрения габброидов: геотемпературные характеристики свидетельствуют о временном разрыве между внедрением расплава и началом кристаллизации амфиболов. То есть время внедрения может превышать 500 млн лет. В связи с этим уместно упомянуть о Sm-Nd изохронном возрасте габбро, габброноритов и амфиболо-вых габбро платиноносной ассоциации Хорасюр-ского массива [2]: приводимая авторами датировка 565±50 млн лет в верхнем пределе весьма близка к значениям, полученным в настоящей работе.
На сегодняшний день возраст габброидов таги-локытлымского комплекса на восточном склоне Приполярного Урала считается раннесилурийским, что принято по результатам геологических наблюдений и корреляции с аналогичными образованиями в других районах.
б) немногочисленные предварительные результаты датирования цирконов кварцевых диоритов второй фазы становления северорудничного комплекса показали, тем не менее, значительные вариации данных, образуя три возрастные группы в диапазоне 460-1990 млн лет.
Следует отметить, что сложный характер U-Pb возрастов цирконов установлен и для плагиограни-тов третьей фазы верхнетагильского (северорудничного) комплекса, опробованных на расположенной южнее Хорасюрской площади [2], что, по мнению авторов, указывает на сложную и дискуссионную геологическую историю изучаемых объектов.
Полученный магматический возраст цирконов кварцевых диоритов Сёртыньинско-Щекурьинского массива (461-471 млн лет) практически совпадает с одним из возрастных кластеров цирконов плагио-гранитов Хорасюрской площади (465-485 млн лет).
Таким образом, полученные нами неожиданные и отчасти даже «парадоксальные» возраста магматических пород междуречья Сёртынья-Ще-курья не являются какой-то локальной аномалией, а подтверждаются и данными по другим районам Платиноносного пояса Урала. Думается, что точку в исследованиях пока ставить рано и изучение необходимо продолжить, тем более что для всего огромного, протяжённостью 1000 км, Платиноносного пояса фактически получены лишь первые современные изотопно-геохронометрические данные. Результаты абсолютного датирования комплексов магматических пород Платиноносного пояса Урала пока не привели к однозначным выводам [22, 23]. Понятно, что преобладающие датировки, соответствующие диапазону 415-430 млн лет, фиксируемые преимущественно в габброноритах и гранитоидах, отражают время завершения формирования островной дуги, конечной (силурийской) стадии её развития. А ведь островная дуга должна была существовать не «одномоментно», а, вероятно, достаточно протяжённый отрезок времени. Сколько эта дуга существовала до этого, достоверно пока неизвестно, чем, по всей видимости, и объясняется часть «древних» (по крайней мере, ордовикских) датировок.
2. Полученные данные по РТ-условиям формирования пород основного состава Щекурьинско-го массива косвенно подтверждают генетическое различие ранее выделенных двух типов габброи-дов [6]: полосчатые габбро тагилокытлымского комплекса характеризуются более низкими температурами кристаллизации (750-854 °С) по сравнению с массивными габбро (923-1016 °С) и диоритами северорудничного комплекса (1094-1192 °С). По всей видимости, этот факт отражает магмогенез на разных глубинах.
Работы выполняются в Научно-образовательном центре «Поиск» Югорского государственного университета в рамках государственных работ в сфере научной деятельности (задание № 2014/505) и в рамках Программы Президиума РАН «Поисковые фундаментальные научные исследования в интересах развития Арктической зоны РФ».
13
Кудрин К.Ю. и др. Результаты U-PB SHRIMP-II И AR-AR датирования магматических образований междуречья ... C. 6-16
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Иванов К.С., Берзин С.В., Ерохин Ю.В. Первые данные об U-Pb возрасте цирконов из реликтовых зон спрединга на Среднем Урале // Доклады АН. - 2012. - Т. 443. - № 1. - С. 78-83.
2. Ронкин Ю.Л., Иванов К.С., Лепихина О.П. Возрастная и генетическая идентификация пород Хорасюрского массива: Sm-Nd ID—TIMS и U-Pb SHRIMP-II ограничения // Вестник института геологии Коми НЦ УрО РАН. - 2012. - № 2. -С. 6—10.
3. Ронкин Ю.Л., Лепихина О.П. О корректности «некорректности» изотопной геологии Хорасюрского массива, Приполярный Урал // Уральский геологический журнал. - 2013. -№ 5. - С. 81-94.
4. Williams I.S. Application in microanalytical techniques to understanding mineralizing processes // Reviews in Economic Geology. - 1998. - V. 7. - P. 1-35.
5. Stacey S., Kramers J.D. Approximation of terrestrial lead isotope evolution by a two-stage model // Earth Planet. Sci. Lett. -1975. - V. 26. - P. 207-221.
6. Кудрин К.Ю. Геохимическая типизация магматических образований восточного склона Приполярного Урала междуречья Сёртынья-Манья // Известия Томского политехнического университета. - 2014. - Т. 325. - № 1. - С. 69-82.
7. Основные черты геологического строения и минерально-сырьевой потенциал Северного, Приполярного и Полярного Урала /
А.Н. Мельгунов, В.П. Водолазская, А.В. Жданов и др. - СПб.: Изд-во ВСЕГЕИ, 2010. - 273 с.
8. Mercier J.-C.C. Single-pyroxene thermobarometry // Tecto-nophysics. - 1980. - V. 70. - P. 1-37.
9. Hammastrom J.M., Zen E. Aluminium in hornblende: an empirical igneous geobarometer // American Mineralogist. - 1986. -V. 71.- Р. 1297-1313.
10. Confirmation of the empirical correlation of Al in horblende with pressure of solidification of calc-alkaline plutons / L.S. Hollister,
G.C. Grisson, E.K. Peters, H.H. Stowell, V.B. Sisson // American Mineralogist. - 1987. - V. 72. - Р. 231-239.
11. Otten M.T. The origin of brown hornblende in the Artfjallet gab-bro and dolerites // Contributions to Mineralogy and Petrology. -1984. - V. 86. - P. 189-199.
12. Anderson D.J., Lindsley D.H. New (and final!) models for the Ti-magnetite-ilmenite geothermometer and oxygen barometer // EOS Transactions. - 1985. - V. 66. - P. 416.
13. Lepage L.D. ILMAT: an Excel worksheet for ilmenite-magnetite geothermometry and geobarometry // Computers and Geosciences. - 2003. - V. 29. - P. 673-678.
14. Бочкарев В.В. Магматические формации северной части Приполярного Урала. Препринт. - Свердловск: УрО АН СССР, 1990. - 67 с.
15. Nomenclature of amphiboles: additions and revisions to the international mineralogical association’s 1997 recommendations /
B.E. Leake, A.R. Woolley, W.D. Birch et al. // Canad. Miner. -
2003. - V. 41. - P. 1355-1362.
16. Иванов К.С. Генезис хром-платинового оруденения Уральского (Нижнетагильского) типа // Доклады АН. - 2011. -Т. 441.- №2. - С. 224-226.
17. Шмелев В.Р. Структура и петрология Хорасюрского габбро-ги-пербазитового массива, Приполярный Урал // Петрология. -1994. - Т. 2. - №5. - С. 495-510.
18. Каулина Т.В. Образование и преобразование циркона в полиметаморфических комплексах. - Апатиты: КНЦ РАН, 2010. -144 с.
19. Atlas of Zircon textures / F. Corfu, J.M. Hanchar, P.W.O. Hos-kin, P. Kinny // Reviews in Mineralogy and Geochemistry. -2003. - V. 531. - Р. 469-500.
20. Иванов К.С. Оценка палеоскоростей субдукции и коллизии при формировании Урала // Доклады АН. - 2001. - Т. 377. -№2. - С. 231-235.
21. Шмелев В.Р. Магматические комплексы зоны Главного Уральского разлома (Приполярный сектор) в свете новых геохимических данных // Литосфера. - 2005. - № 2. - С. 41-59.
22. Структурно-вещественная эволюция комплексов Платиноносного пояса Урала при формировании хромит-платиновых месторождений уральского типа / Ю.А. Волченко, К.С. Иванов, В.А. Коротеев, Т. Оже // Литосфера. - 2007. - № 3. - С. 3-27.
23. Иванов К.С., Волченко Ю.А. О некоторых дискуссионных вопросах изучения геологии Платиноносного пояса Урала // Уральский геологический журнал. - 2009. - № 3. - С. 67-98.
Поступила 05.12.2014.
14
Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2015. Т. 326. № 8
UDC 552.11 (470.5)
THE RESULTS OF U-PB SHRIMP-II AND AR-AR DATING OF MAGMATIC FORMATIONS IN SERTYNYA-SHCHEKURYA INTERFLUVE (PREPOLAR URALS)
Konstantin Yu. Kudrin,
Yugra State University, 16, Chekhova street, Khanty-Mansiysk, Russia, 628011. Е-mail: kudringeo@inbox.ru
Kirill S. Ivanov,
Institute of Geology and Geochemistry, 7, Pochtovy lane, Yekaterinburg,
Russia, 620075. Е-mail: ivanovks55@ya.ru
Sergey P. Shokalskiy,
Russian Geological Research Institute (VSEGEI), 74, Sredniy avenue, St. Petersburg, Russia, 199106. Е-mail: Sergey_Shokalsky@vsegei.ru
Ekaterina V. Nastavko,
JSC «Kuzbassgiproshaht», 34, Ostrovskogo street, Kemerovo, Russia, 650610. Е-mail: evnastavko@ya.ru
The relevance of the work. In recent years much attention is paid to the problem of age identification of intrusive formations of the Eastern slope of the Middle, Northern and Prepolar Urals due to the absence of inclosing stratigraphic formations with reliable paleontological characteristics in their surroundings. The obtained results are often much more ancient than it was believed. This fact has initiated a revision of ideas about the evolution of magmatism of this area.
The main aim of the study is to refine the territory magmatism schemes on the basis of geological observations complex and the results of the analytical research.
The methods used in the study. Mineralogical studies are being carried out with scanning electron microscope JSM-6510LV (Jeol Ltd) with energy-dispersive spectrometer INCAEnergy 350 detector-X-Max-80 (Oxford Instruments Analytical Ltd) at accelerating voltage of 20 kV, electron beam current of 0,3 to 0,5at a time when the set of spectra 10 (Novosibirsk, Institute of Geology and Mineralogy SB RAS, analyst N.S. Karmanov). Absolute age is defined by Ar-Ar method on rock-forming amphiboles of the gabbro and diorite (Novosibirsk, Institute of Geology and Mineralogy SB RAS, analyst A.V. Travin). U~Pb local dating of zircons from gabbro and diorite was performed using secondary ion microprobe of high resolution SHRIMP-II (TION, VSEGEI) according to the method described by I.S. Williams (1998). Nonradiogenic lead compensation was carried out by the measured 204Pb and modern lead isotopic composition in Sta-cey-Kramer model.
The results. The authors have studied and dated gabbro and diorite, forming the major structural-material units on the Eastern slope of the Prepolar Urals - Shchekurinskiy and Sertyninsko-Shchekurinskiy massifs. The majority of the studied zircons have a closed U-Pb isotopic system with concordant (consistent) or subconcordant ages (degree of discordantly from 5 to -5 %). The received dates demonstrate a significantly earlier age of the studied objects than it was believed: the magmatic age of the gabbro of tagilokytlymskiy complex in structure of Shchekurinskiy massif was accepted 498±6,5 million years for Ar-Ar dating on amphibole, gabbro of severorudnichnyy complex was accepted 465,2±6,5 million years for Ar-Ar dating on amphibole, diorites of Sertyninsko-Shchekurinskiy massif were accepted 461-471 million years by U-Pb dating on zircon. It is supposed that: 1) the «young» (430±5 mA) zircons indicate the time of metamorphism of gabbros tagilokytlymskiy complex; 2) the «ancient» (1992-1994 and 620-650 mA) zircons of diorites of severorudnichnyy complex are xenogenic and they indicate events under Tagil island-arc terrane in the basement of the adjacent to the West of the platform, got in a subduction zone, and events in the upper mantle respectively. The determined RT-parameters of intrusive rocks formation indicate the time lag between the introduction of the melt and the beginning of crystallization of amphiboles that indicates the earlier age of intrusions than that which the authors accepted according to the results of Ar-Ar dating.
Key words:
Prepolar Urals, paleoarc sector, magmatism, absolute age, zircon, uranium-lead dating, amphiboles, argon-argon dating.
The investigations are carried out in the Scientific educational center «Poisk» of Yugra State University within the State works in scientific field (task no. 2014/505) and within the Program of the Presidium of the RAS «Exploratory fundamental scientific research for the benefit of development of the RF Arctic zone».
REFERENCES
1. Ivanov K.S., Berzin S.V., Erokhin Yu.V. Pervye dannye ob U-Pb vozraste tsirkonov iz reliktovykh zon spredinga na Srednem Ura-le) [The first data about U-Pb age of zircons from relic spreading zones in the Middle Urals]. Doklady Akademii Nauk - Doklady earth sciences, 2012, vol. 443, no. 1, pp. 78-83.
2. Ronkin Yu.L, Ivanov K.S., Lepikhina O.P. Vozrastnaya i genet-icheskaya identifikatsiya porod Khorasyurskogo massiva: Sm-Nd ID-TIMS i U-Pb SHRIMP-II ogranicheniay [The age and genetic identification of the Khorasyur massif rocks: Sm-Nd
ID-TIMS & U-Pb SHRIMP-II constrains]. Vestnik instituta geo-logii Komi NTS UrO RAN, 2012, no. 2, pp. 6-10.
3. Ronkin Yu.L, Lepikhina O.P. О korrektnosti «nekorrektnosti» izotopnoy geologii Khorasyurskogo massiva, Pripolyarnyy Ural [About the correctness of «incorrectness» of isotope geology of the Khorasyur massif, Prepolar Urals]. Uralskiy geologicheskiy zhurnal, 2013, no. 5, pp. 81-94.
4. Williams I.S. Application in microanalytical techniques to understanding mineralizing processes. Reviews in Economic Geology, 1998, vol. 7, pp. 1-35.
15
Кудрин К.Ю. и др. Результаты U-PB SHRIMP-II И AR-AR датирования магматических образований междуречья ... C. 6-16
5. Stacey S., Kramers J.D. Approximation of terrestrial lead isotope evolution by a two-stage model. Earth Planet. Sci. Lett, 1975, vol. 26, pp. 207-221.
6. Kudrin K.Yu. Geokhimicheskaya tipizatsiya magmaticheskikh obrazovaniy vostochnogo sklona Pripolyarnogo Urala mezhdu-rechya Sertynya-Manya [Geochemical classification of magmatic formations of the Prepolar Urals eastern slope in Sertynya-Manya interfluve]. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University, 2014, vol. 325, no. 1, pp. 69-82.
7. Melgunov A.N., Vodolazskaya V.P., Zhdanov A.V. Osnovnye cherty geologicheskogo stroeniya i mineralno-syrevoy potentsial Severnogo, Pripolyarnogo i Polyarnogo Urala [The main features of geological structure and mineral and raw material potential of the Northern, Prepolar and Polar Urals]. St. Petersburg, VSEGEI Publ., 2010. 273 p.
8. Mercier J.-C.C. Single-pyroxene thermobarometry. Tectonophys-ics, 1980, vol. 70, pp. 1-37.
9. Hammastrom J.M., Zen E. Aluminium in hornblende: an empirical igneous geobarometer. American Mineralogist, 1986, vol. 71, pp. 1297-1313.
10. Hollister L.S., Grisson G.C., Peters E.K., Stowell H.H., Sisson V.B. Confirmation of the empirical correlation of Al in hor-blende with pressure of solidification of calc-alkaline plutons. American Mineralogist, 1987, vol. 72, pp. 231-239.
11. Otten M.T. The origin of brown hornblende in the Artfjallet gab-bro and dolerites. Contributions to Mineralogy and Petrology, 1984, vol. 86, pp. 189-199.
12. Anderson D.J., Lindsley D.H. New (and final!) models for the Ti-magnetite-ilmenite geothermometer and oxygen barometer. EOS Transactions, 1985, vol. 66, p. 416.
13. Lepage L.D. ILMAT: an Excel worksheet for ilmenite-magnetite geothermometry and geobarometry. Computers and Geosciences, 2003, vol. 29, pp. 673-678.
14. Bochkarev V.V. Magmaticheskie formatsii severnoy chasti Pripo-lyarnogo Urala [Magmatic formations of the Northern Subpolar Urals]. Sverdlovsk, UB USSR, 1990. 67 p.
15. Leake B.E., Woolley A.R., Birch W.D. Nomenclature of amphibo-les: additions and revisions to the international mineralogical association’s 1997 recommendations. Canad. Miner, 2003, vol. 41, pp. 1355-1362.
16. Ivanov K.S. Geneziz khrom-platinovogo orudeneniya Uralskogo (Nizhnetagilskogo) tipa [Genesis chromium-platinum mineralization of the Urals (Nizhny Tagil) type]. Doklady Akademii Nauk -Doklady earth sciences, 2011, vol. 441, no. 2, pp. 224-226.
17. Shmelev V.R. Struktura i petrologiya Khorasyurskogo gabbro-gi-perbazitovogo massiva, Pripolyarnyy Ural [Structure and petrology of the Khorasyur gabbro-ultrabasite massif, Prepolar Urals]. Petrologiya - Petrology, 1994, vol. 2, no 5, p. 495-510.
18. Kaulina T.V. Obrazovanie i preobrazovanie tsirkona v polimeta-morficheskikh kompleksakh [The zircon formation and transformation in polymetamorphic complexes]. Apatity, KSC of RAS,
2010. 144 p.
19. Corfu F., Hanchar J.M., Hoskin P.W.O., Kinny P. Atlas of Zircon textures. Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 2003, vol. 53, pp. 469-500.
20. Ivanov K.S. Otsenka paleoskorostey subduktsii i kollizii pri for-mirovanii Urala [Assessment paleovelocity of subduction and collision in the formation of the Urals]. Doklady Akademii Nauk -Doklady earth sciences, 2001, vol. 377, no. 2, pp. 231-235.
21. Shmelev V.R. Magmaticheskie kompleksy zony Glavnogo Ural-skogo razloma (Pripolyarnyy sector) v svete novykh geokhi-micheskikh dannykh [Magmatic complexes of the Main Urals Fault zone (Prepolar sector) in light of new geochemical data]. Li-tosfera - Lithosphere, 2005, no. 2, pp. 41-59.
22. Volchenko Yu.A., Ivanov K.S., Koroteev V.A., Ozhe T. Struktur-no-veshchestvennaya evolyutsiya kompleksov Platinonosnogo po-yasa Urala pri formirovanii khromit-platinovykh mestorozhde-niy uralskogo tipa [Structural-substantial evolution of the Urals Platiniferous belt’s complexes in the time of Uralian type chromite-platinum deposits formations]. Litosfera - Lithosphere, 2007, no. 3, pp. 3-27.
23. Ivanov K.S., Volchenko Yu.A. O nekotorykh diskussionnykh vo-prosakh izucheniya geologii Platinonosnogo poyasa Urala [Some discussion issues of exploring the Geology of the Urals Platinife-rous belt]. Uralskiy geologicheskiy zhurnal, 2009, no. 3, pp. 67-98.
Received: 05 December 2014.
16
