Своеобразие проявлений магматизма западного склона Урала взаимосвязано с особенностями его пространственного положения в зоне сочленения структур Восточно-Европейской платформы и Уральской складчатой области. Район исследований расположен в пределах Камского мегаблока кристаллического фундамента, погруженного под венд-кайнозойским осадочным чехлом, и охватывает восточную часть Западно-Уральской внешней зоны складчатости и Центрально-Уральское поднятие. В пределах Камского мегаблока, по геофизическим данным, выделяется поперечная структура Пермского выступа, с которой связаны проявления субщелочного и щелочного магматизма.
В развитии западного склона Урала процессы ультрамафит-мафитового магматизма проявлялись неоднократно (от докембрия до триаса) и представлены как вулканическими, так и плутоническими фациями пород, состав которых весьма разнообразен (от щелочных и субщелочных пикритов и базальтов до перидотитов, пироксенитов и габброидов). Среди них, особое внимание привлекают мантийные породы, связанные с зонами древней (позднепротерозойско-раинепалеозойской) тектоно-магматической активизации восточного края Русской плиты и приуроченные к районам распространения алмазоносных россыпей. По мнению большинства специалистов в области тектоники региона, этот период являлся знаменательным событием в геологической истории развития Урала (Коротеев, 1998, Иванов, 1995). В это время была заложена система структур доуралид, развитие которой в дальнейшем привело к образованию Уральского складчатого пояса. Так, по Ханшу (1988) интервал 650−570 млн. лет ознаменовался началом распада суперконтинента Лавразия. Одна из ветвей рифтовой системы, образование которой сопровождало это глобальное тектоническое событие, возникла на месте современного Урала. Раскрытие континентального рифта привело к образованию разнообразных вулкано-плутонических ассоциаций: от щелочно-ультраосновных до кислых. При этом, как полагает Бочкарев В. В. (2000), происходит закономерная смена магматизма. Начальные калиевые ще л очно-ультраосновные породы постепенно сменяются продуктами К-Ыа субщелочного магматизма, а дальнейший раздвиг приводит к образованию континентальных толеитов.
Изучению комплексов докембрийских мафит-ультрамафитовых пород западного склона в период 1950;1999 гг. были посвящены работы многих исследователей (Кухаренко, 1960, 1962; Смирнов и др., 1973; Шурубор, 1967; Зильберман, 1976, 1980, 1996; Старков, Румянцева, Лукьянова, Малахов и др.). Им удалось установить принадлежность этих пород к щелочной серии и охарактеризовать их геологические, петрографические и минералогические особенности. Были также предприняты немногочисленные попытки определения возраста пород (Румянцева, 1967; Лукьянова, Волынин, 1979) с использованием К-А г метода, но полученные данные зачастую отражают время вторичных преобразований.
Актуальность исследований.
В последние годы повышенный интерес к мантийным породам Урала возник в связи с поисками возможных первоисточников уральских алмазов. Кроме того, эти породы являются весьма информативными объектами при изучении условий глубинного магмообразования в эпоху позднепротерозойско-раннепалеозойской активизации Земли. Поэтому было предпринято их исследование современными прецизионными петролого-геохимическими методами (1СР-МБ и др.).
В качестве типичных и наиболее представительных объектов среди древних ультрамафит-мафитов западного склона Среднего Урала были исследованы субвулканические субщелочные габбро, вскрытые скважинами на правобережье р. Чикман, брекчии и апостекловатые лавы трахибазальтов г. Благодать (благодатский комплекс), субщелочные габбро и пикриты в среднем течении р. Кусья (кусьинский комплекс), брекчии и лавы вулканитов трахибазальт-трахиандезитовой серии дворецкого комплекса (бассейн р. Вильва).
Использование Бт-Кс! и ЯЪ-Бг методов изотопной геохронологии наряду с проведенными комплексными геохимическими исследованиями позволило обосновать внутриплитную рифтогенную природу мантийных пород западного склона Урала, установить их петрологические взаимосвязи и дать оценку возможного проявления в регионе алмазоносного щелочно-ультраосновного магматизма. Исследование геохимических и изотопных особенностей ультрамафитов и мафитов западного склона Урала позволяет оценить состав мантийных источников пород и реконструировать палеотектонические и геодинамические обстановки их формирования.
Цели и задачи.
Цель настоящего исследования состояла в уточнении хронологии геологических событий, происходивших на границе Восточно-Европейского и Азиатского континентов в один из периодов ранней тектоно-магматической активизации Земли, установлении специфики формирования и дальнейшей эволюции мантийных магматических пород западного склона Урала на примере трех вулканических комплексов: благодатского, кусьинского и дворецкого. Кроме того, исследовались условия возможного проявления и размещения в пределах региона коренных источников россыпных алмазных месторождений, разрабатываемых в регионе около 100 лет.
В связи с поставленными целями автором в процессе работы решались следующие задачи:
— получить надежные датировки возраста ультрамафитов и мафитов;
— выявить их петрохимические и геохимические, включая изотопные, характеристики;
— установить состав мантийных источников и геодинамическую обстановку формирования изученных пород;
— получить петрологические критерии принадлежности ультрамафитовых и мафитовых пород к единой серии;
— сопоставить пикриты кусьинского комплекса (как наиболее магнезиальные и слабо дифференцированные из всех изученных пород) с щелочно-ультраосновными породами алмазоносных провинций Мира.
Фактический материал и методы исследования.
Первичные материалы были отобраны в ходе полевых работ 1998;1999 гг. на Среднем и Северном Урале. Были проведены петрографические, минералогические, геохимические и изотопные исследования. Детально изучено около 100 шлифов. Для 21 пробы выполнены комплексные исследования состава пород. Петрогенные элементы валового состава пород определены методом рентгенофлюоресцентного анализа в химической лаборатории ОИГГиМ им. Заварицкого СО РАН (г. Новосибирск). Содержания К20 и Na20 уточнены методом пламенной фотометрии. Содержания FeO, Н20+, Н20~, С02 бьши измерены классическими методами химического анализа в ЦХЛ ИГЕМ РАН, элементы-примеси (в том числе РЗЭ) — методом ICP-MS, изотопный состав стронция и неодимия (7 проб) получен на масс-спектрометре «Finnigan МАТ-265» Д. З. Журавлевым. Химический состав минеральных фаз (около 100 анализов) выполнен на электронном микроскопе «CamScan» и на микрозонде SX-50 «Camebax» в лабораториях Геологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова и ИГЕМ РАН.
Научная новизна.
Впервые для ультрамафит-мафитовых пород трех комплексов (благодатского, кусьинского и дворецкого) западного склона Урала проведено петр о лого-геохимическое изучение их составов и выполнено изотопное датирование с использованием ряда современных прецизионных методов (К-Аг, Rb-Sr, Sm-Nd). Рассмотрены вопросы палеотектонической и геодинамической обстановки образования изученных пород и установлена их приуроченность к структурам рифтогенного типа. Установлена внутриплитная природа улырамафит-мафитов и их принадлежность к единой серии. Выявлено сходство составов и мантийная природа источников вещества, ответственных за формирование изученных пород. На основании данных по изотопии Sr и Nd показано, что вулканиты дворецкого комплекса являются продуктами дифференциации единого базальтового расплава с участием процессов контаминации расплава материалом верхней континентальной коры. Установлены генетические отличия пикритов кусьинского комплекса от типичных алмазоносных пород — кимберлитов. Показано, что древние ультрамафитовые комплексы западного склона Урала неперспективны на обнаружение коренных источников алмазов.
Результаты работ и рекомендации для оценки перспектив коренной алмазоносности западного склона Среднего и Северного Урала излагались в отчетах, направлявшихся в Пермское ПГГСП «Геокарта» и Пермьгеолком.
Результаты работы могут быть использованы при детальном геологическом картировании, а также при прогнозировании возможных проявлений алмазосодержащих пород в древних ультрамафитовых комплексах западного склона Урала.
Апробация работы.
Результаты исследований докладывались и обсуждались на XXXIII Тектоническом совещании «Общие вопросы тектоники. Тектоника России», МГУ (2000), XIX Всероссийском семинаре «Геохимия магматических пород», ГЕОХИ (2000), научной конференции «Изотопное датирование геологических процессов: новые методы и результаты», ИГЕМ (2000).
Результаты исследований отражены в 7 публикациях, в том числе в 2 статьях в «Докладах Академии Наук» .
Защищаемые положения.
1. На основании Sm-Nd, Rb-Sr и K-Ar изохронного датирования установлено, что проявления ультрамафит-мафитового магматизма западного склона Северного и Среднего Урала приурочены к интервалу 630−560 млн. лет (поздний венд — ранний кембрий), маркируя эпиконтинентальный рифтогенез, сопровождавший распад позднепротерозойского суперконтинента Лавразия.
Для субщелочных рудных габбро бассейна р. Чикман возраст составил 626 ± 57 млн. лет. Возраст пикритов кусьинского комплекса оценен в 608 ± 3 млн. лет. Формирование трахибазальт-трахиандезитовой серии дворецкого комплекса (бассейн р. Вильва) происходило в период 600−560 млн. лет.
2. Показано, что пикриты и субщелочные габбро кусьинского комплекса, рудные габбро бассейна р. Чикман, субщелочные базальты благодатского комплекса (г. Благодать) и вулканиты трахибазальт-трахиандезитовой серии дворецкого комплекса имеют геохимические черты базальтов внутриплитных континентальных геодинамических обстановок.
Изученные породы относятся к субщелочной серии и характеризуются высокими содержаниями ТЮ2 до 4.7 мае. %, повышенными содержаниями ряда некогерентных элементов (Zr, Nb, Та, Th, Hf, РЗЭ, Y) и индикаторными отношениями Zr/Nb = 2−9, Ce/Y = 1−5, Th/Yb = 1−7, (La/Yb)n = 9−25.
3. По данным изучения Sr и Nd изотопных систем установлено сходство изотопных составов и мантийная природа источников вещества, принимавших участие в формировании ультрамафит-мафитовых пород кусьинского и благодатского комплексов. Трахибазальт-трахиандезитовая серия дворецкого комплекса характеризуется смешанным мантийно-коровым источником вещества.
Для мантийных источников значения sNd варьируют от +2,9 в пикритах до +5,0 в рудных габбро при близких отрицательных значениях величины eSr. Это позволяет предполагать, что их источники находятся в области деплетированной мантии между PREMA и BSE (Bulk Silicate Earth). Привнос коровой компоненты в базальтовый расплав, родоначальный для вулканитов дворецкого комплекса, осуществлялся за счет незначительной (до 5%) контаминации материалом верхней континентальной коры.
4. Установлено, что пикриты кусьинского комплекса (MgO = 23−24 мае. %), считавшиеся ранее одним из возможных источников россыпных алмазов, отличаются от кимберлитов по большинству параметров, в том числе по степени обогащения несовместимыми элементами (величина отношения (La/Yb)n в пикритах составляет 9−10, в кимберлитах — 22−82). Показано, что мантийный источник пикритов имеет Sr и Nd изотопные характеристики, аналогичные источникам базальтов внутриплитных континентальных обстановок, что в совокупности с геохимическими данными указывает на отсутствие связи изученных пород с обогащенным редкими элементами источником кимберлитов.
Объём работы.
Диссертация состоит из введения, 6 глав и заключения, изложенных на 130 страницах, включает в себя 14 таблиц, 42 рисунка и список литературы из 96 наименований.
Заключение
.
Субщелочной магматизм западного склона Урала является индикатором процессов рифтогенеза, сопровождавшего распад суперконтинента Лавразия на рубеже позднего протерозоя — раннего палеозоя. Раскрытие поздневендского Палеоуральского континентального рифта сопровождалось формированием комплексов вулканических и интрузивных пород, состав которых весьма разнообразен (от щелочных и субщелочных пикритов и базальтов до перидотитов, пироксенитов и габброидов). Изученные продукты магматизма этого этапа входят в состав благодатского, кусьинского и дворецкого вулканических комплексов и представлены субщелочными габбро, пикритами и субщелочными базальтами.
На основании Sm-Nd, Rb-Sr и К-Ar изохронного датирования установлено, что формирование улырамафитовых и мафитовых пород западного склона Северного и Среднего Урала происходило в интервале 630−560 млн. лет (поздний венд — ранний кембрий). Для габбро благодатского комплекса возраст составил 626 ±57 млн. лет. Возраст пикритов кусьинского комплекса оценен в 608 ± 3 млн. лет. Формирование трахибазальт-трахиандезитовой серии бассейна р. Вшгьва (дворецкий комплекс) происходило в период 600−560 млн. лет.
Установлено, что пикриты и субщелочные габбро кусьинского комплекса, рудные габбро и трахибазальты благодатского комплекса, вулканиты трахибазальт-трахиандезитовой серии дворецкого комплекса имеют геохимические черты базальтов внутриплатных континентальных геодинамических обстановок.
Изученные породы характеризуются высокими содержаниями ТЮг до 4.7 мае. %, повышенными содержаниями ряда некогерентных элементов (Zr, Nb, Та, Th, Hf, РЗЭ, Y) и индикаторными отношениями Zr/Nb = 2−9, Ce/Y = 1−5, Th/Yb = 1−7, (La7Yb)n = 9−25.
Каждому из рассматриваемых петрографических видов пород отвечает определенный спектр значений полученных геохимических характеристик, но вариации составов в пределах видов в целом незначительны. Некоторые различия в вещественном составе изученных пород проявлены в распределении элементов-примесей. Так, трахибазальт-трахиандезитовая серия пород дворецкого комплекса характеризуется небольшими максимумами Th, Nd, Zr и минимумами К и Sr. В пикритах и чикманских габброидах наблюдаются максимумы Ва и Nb и небольшие минимумы Th, а также К и Sr. Кроме того, для рудных габбро отмечаются высокие содержания фосфора и несколько пониженные концентрации Hf. Незначительные максимумы Nb, Nd и Zr характерны для кусьинских габбро, для которых можно отметить и минимумы К и Sr. Трахибазальты благодатского комплекса характеризуются низкими концентрациями Th, Nb, Та, U и REE и по этим параметрам близки п икр игам кусьинского комплекса. Однако в целом, особенности распределения элементов-примесей в изученных породах, а именно повышенное содержание Zr, Nb, Та, Hf, Y и РЗЭ, свидетельствуют о геохимической однотипности источников вещества уральских ультрамафит-мафитов и довольно высокой степени их обогащенности несовместимыми редкими элементами.
По данным изучения Sr и Nd изотопных систем установлено сходство составов и мантийная природа источников вещества, принимавших участие в формировании ультрамафит-мафитовых пород кусьинского и благодатского комплексов. Трахибазальт-трахиандезитовая серия дворецкого комплекса (бассейн р. Вильва) характеризуется смешанным мантийно-коровым источником вещества.
Для мантийных источников значения sNd варьируют от +2,9 в пикритах до +5,0 в керсутитовых габбро при близких отрицательных значениях величины sSr. Это позволяет предполагать, что их источники находятся в области деплетированной мантии между PREMA и BSE (Bulk Silicate Earth). Привнос коровой компоненты в базальтовый расплав, родоначальный для вулканитов дворецкого комплекса, осуществлялся за счет незначительной (до 5%) контаминации базальтового расплава материалом верхней континентальной коры.
Вопрос о генетической принадлежности пикритов западного склона Урала уже несколько десятилетий является одним из ключевых для петрологов, занимающихся западноуральскими ультрамафитами. Одна из причин такого пристального интереса к этому типу пород — их возможная связь с алмазоносными породами, такими как кимберлиты. Установлено, что пикриты западного склона Урала (М&-0 = 23−24 мае. %), считавшиеся ранее одним из возможных источников россыпных алмазов, отличаются от алмазоносных кимберлитов, в том числе по степени обогащения несовместимыми элементами. В частности, величина отношения (ЬаУУЪ), в уральских пикритах составляет 910, в кимберлитах (Ьа/УЬ)" = 22−82. Показано, что мантийный источник пикритов имеет Бг и N (1 изотопные характеристики, типичные для базальтов внутриплитных континентальных обстановок, что в совокупности с геохимическими данными указывает на отсутствие связи источника пикритов кусьинского комплекса с обогащенным редкими элементами источником кимберлитов.
