Главная – Журналы – Геология и геофизика 2018 номер 12

Рассмотрено развитие Земли начиная с ее образования, аккреции, разделения первичного вещества, отвечающего углистым хондритам, на ядро и мантию, образование спутника Земли - Луны в результате столкновения Протоземли с малым космическим телом. Эта часть истории нашей планеты рассмотрена кратко на основе наших ранних публикаций. Далее обсуждается геологическая история Земли, которая начинается с Гадейского эона, 4500-4000 млн лет. Эволюция Земли в этот период определялась постоянными метеоритно-астероидными бомбардировками, в результате которых появилась первая континентальная кора ультраосновного-основного состава, при ее дифференциации образовались небольшие объемы гранитоидной магмы, из которой кристаллизовались цирконы. Метеоритные бомбардировки разрушали создаваемую кору, которая погружалась в мантию, расплавлялась, оставляя тугоплавкие цирконы - показатели геологических условий раннего периода эволюции Земли. В архее началась общемантийная конвекция, определяющая эндогенную активность Земли. В ряде регионов она происходила в связи с действием долгоживущих глубинных мантийных плюмов, определяющих образование мощной базальт-коматиитовой коры, которая в результате процессов сагдукции погружалась в мантию и служила источником гранитоидных магм тоналит-трондьемит-гранодиоритового (ТТГ) состава. ТТГ ассоциации пород представляют собой сохранившиеся остатки первой коры Земли. В океанах, полностью покрывающих в то время Землю, формировались единственно полезные ископаемые - полосчатые железные руды. Такая обстановка на Земле, выделяемая как LID-тектоника (тектоника покрышки), совмещенная с тектоникой плюмов, существовала на Земле до начала переходного периода, он ознаменовался рядом новых геологических процессов и к 2.0 млрд лет привел к современной тектонике Земли, которая характеризуется совместным проявлением тектоники плит и тектоники плюмов. Переходный период смены тектонических движений на Земле охарактеризован в статье наиболее полно. Он, очевидно, начался со времени 3.4 млрд лет, когда происходило разделение ядра Земли на внутреннее железное и внешнее жидкое. Такое разделение закончилось 3.1 млрд лет. Примерно на этом рубеже изменился состав континентальных магматических пород ассоциации ТТГ на известково-щелочные вулканические и интрузивные серии. Начиная с 3.4-3.3 млрд лет произошло значительное увеличение типов месторождений полезных ископаемых, среди рудных месторождений главную роль играли благородные и сидерофильные металлы. Только к возрасту 2.0 млрд лет отмечается образование карбонатитов с редкометалльным типом минерализации. Очевидно, время 3.1-2.7 млрд лет характеризуется тектоникой малых плит и проявлением первых элементов субдукции и спрединга, что привело 2.7 млрд лет к появлению первого суперконтинента, отметившего начало суперконтинент-суперплюмовых циклов в геологической истории Земли. В интервале 2.7-2.0 млрд лет сформировался слой D″ на границе ядро-мантия, ставший терморегулятором температуры восходящих мантийных плюмов, имеющих с этого времени состав толеитовых базальтов. К рубежу 2.0 млрд лет сформировались практически все глубинные оболочки Земли и крупные мантийные провинции с пониженными скоростями сейсмических волн, названные нами «горячими полями мантии», в пределах которых происходит образование океанических вулканических островов, сложенных базальтами ЕМ-1 и ЕМ-2. Произошло разделение верхней, деплетированной и нижней мантии. Со времени 2.0 млрд лет начался период взаимодействия всех оболочек Земли, свойственного современной эндогенной активности Земли.

Проведено геологическое, геохронологическое и изотопно-геохимическое изучение метадолеритов ангаульского комплекса, распространенных в Урикско-Ийском грабене южной части Сибирского кратона. Детально были изучены метадолериты, слагающие отдельные конформные тела (силлы) среди метапесчаников ингашинской свиты. Исследование метадолеритов U-Pb методом по циркону (SHRIMP) показало, что они имеют возраст 1913 ± 24 млн лет, а датирование метадолеритов U-Pb методом по бадделеиту (ID-TIMS) позволило определить их возраст как 1914.0 ± 1.7 млн лет. Таким образом, значение 1914 ± 2 млн лет было принято как наиболее точная оценка возраста изученных пород. Метадолериты ангаульского комплекса по химическому составу соответствуют нормально-щелочным базальтам толеитовой серии. Метадолериты представляют собой дифференцированные разности, значения mg# изменяются в них от 36 до 58. Для метадолеритов фиксируются в разной степени фракционированные спектры распределения редкоземельных элементов - (La/Yb) _n = 1.2-3.5. Все метадолериты вне зависимости от их магнезиальности характеризуются низкими концентрациями Nb (1.6-10.2 г/т) и хорошо выраженными отрицательными Nb-Ta аномалиями на мультиэлементных спектрах (Nb/Nb* = = 0.19-0.54). Метадолериты обнаруживают положительные значения ε_Nd( T ), варьирующиеся от +0.4 до +5.2, которые хорошо коррелируются с содержанием SiO₂ и величиной mg#. Изотопно-геохимические характеристики метадолеритов ангаульского комплекса свидетельствуют, что процесс фракционной кристаллизации, сочетающийся с ассимиляцией вмещающих пород (AFC), мог являться основным процессом при формировании наиболее дифференцированных разностей метадолеритов. Геохимические свойства метадолеритов с максимальными среди проанализированных пород значениями mg# = 57-58 и e_Nd( T ) = +5.2 позволяют предполагать, что родоначальный мантийный источник метадолеритов был образован в результате смешения доминирующего деплетированного мантийного материала с материалом субконтинентальной литосферы. Внедрение долеритов ангаульского комплекса, так же как и накопление вмещающих их осадочных толщ ингашинской свиты, происходило в ходе единого раннепротерозойского этапа внутриконтинентального растяжения, обусловленного коллапсом орогена, возникшего в результате коллизии Бирюсинского блока и Тунгусского супертеррейна в южной части формирующегося Сибирского кратона.

Представлены результаты изотопно-геохимических исследований эклогитов Кокчетавской субдукционно-коллизионной зоны из доменов высокого и ультравысокого давления. Эксгумация эклогитов этих доменов включала как минимум две стадии. Породы западного блока были метаморфизованы в поле стабильности алмаза (участки Кумды-Коль, Барчинский). В то же время в породах восточного блока зафиксированы давления, отвечающие стабильности коэсита (участки Кулет, Чаглинка, Сулу-Тюбе, Даулет, Боровое). Эклогиты демонстрируют значительные вариации в содержаниях ряда несовместимых элементов, а также в изотопных отношениях Nd (¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd-0.512163-0.513180) и Sr (⁸⁷Sr/Sr⁸⁶-0.70393-0.78447). Эклогиты Сулу-Тюбе имеют изотопно-геохимические характеристики, близкие к N-MORB, в то же время эклогиты других участков по этим характеристикам близки к E-типу MORB или базальтам островных дуг (IAB). Модельный возраст T _Nd (DM) эклогитов варьирует от 1.95 до 0.67 млрд л. Наиболее молодой модельный возраст имеют эклогиты Сулу-Тюбе, которые также характеризуются значениями ɛ_Nd( T ) (+7.2) и отношениями ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr, близкими к деплетированной мантии. На графиках в координатах ε_Nd( T )-⁸⁶Sr/⁸⁷Sr и ε_Nd( T )- T эклогиты образуют тренды от деплетированной мантии к вмещающим породам. Это свидетельствует о контаминации протолитов эклогитов коровым материалом. Некоторые эклогиты с участков Кумды-Коль, Кулет и Барчинский показывают геохимические свидетельства частичного плавления. Они характеризуются высокими значениями отношения Sm/Nd (0.65-0.51) и низкими (La/Sm) _N (0.34-0.58). Температуры равновесия этих эклогитов превышают 850 °С. Геохимические особенности эклогитов свидетельствуют о возможности образовании протолитов эклогитов в условиях континентальной окраины, которая затем была субдуцирована на глубины, превышающие 120 км.

Анализ геохимических характеристик миоцен-четвертичных вулканитов Срединного хребта Камчатки позволил выделить в его пределах несколько различных провинций: северную и южную части хребта, а внутри последней дополнительно «восточную», «западную» и «центральную» ветви. Приведены новые данные по составу неоген-четвертичных вулканических пород южной части Срединного хребта Камчатки: вулканическим массивам Хангар, Ичинский, горы Юртиная в «западной» ветви хребта, вулканическим проявлениям Быстринского и Козыревского хребта в «восточной» ветви, а также Анаунскому долу и массиву Уксичан. Показано, что наблюдаются систематические отличия в составах пород «западной» и «восточной» ветвей. В пределах «восточной» ветви в неогене проявлен вулканизм островодужного типа. В четвертичное время в геохимических характеристиках вулканитов этого района сочетаются признаки островодужного и внутриплитного происхождения. Такой геохимический тип авторы предлагают называть гибридным. В пределах «западной» ветви вулканизм гибридного типа проявляется начиная с неогена, а типично островодужные вулканиты не обнаружены. Процессы магмогенерации в «западной» ветви Cрединного хребта в значительной степени подвержены влиянию мантийного источника обогащенного типа; участие флюида здесь ощущается в меньшей степени, чем в породах «восточной» ветви, где явно прослеживается субдукционный компонент источника.

В базальтах различных геохимических типов из офиолитового комплекса п-ова Камчатский Мыс методом изотопного разбавления с масс-спектрометрическим окончанием были определены концентрации элементов платиновой группы (ЭПГ - Os, Ir, Ru, Rh, Pt, Pd) и рения. Суммарные содержания ЭПГ в различных базальтах близки (1.4-3.6 мг/т), но соотношения между элементами значительно варьируют. Характерной чертой изученных пород является невысокая степень фракционирования ЭПГ (Pd/Ir = = 0.9-6.6, Pt/Pd = 1.0 - 7.3), что сближает их с толеитовыми базальтами и пикритами Гавайских островов. Наиболее дифференцированным является спектр щелочного базальта (Pd/Ir = 6.6), наименее дифференцированным - спектр базальта типа E-MORB (Pd/Ir = 1.7). Близость спектров ЭПГ в базальтах различных геохимических типов может свидетельствовать о сходстве мантийных источников. Предложена модель, объясняющая геохимические особенности базальтов офиолитового комплекса Камчатского Мыса примесью материала земного ядра в плюмовом источнике. Для идентификации обогащенных (плюмовых) базальтов по содержанию платиноидов предложены дискриминационные диаграммы Ir/Pd - Ru/Pd и Pd/10 - Ir - Ru.

Рассмотрены закономерности поведения элементов группы железа и платины при становлении дунит-верлитового массива Медек. Приведены сведения по особенностям внутреннего строения и минеральному составу, создана объемная геохимическая модель массива. Изучение состава оливина показало, что содержание форстеритового компонента варьирует от 90 до 73 % сверху вниз по разрезу массива. При этом наблюдается уменьшение объемного содержания оливина и появление вместо акцессорного хромшпинелида ильменита. Анализ совокупности полученных данных позволил сделать вывод, что наблюдаемая зональность в вариациях состава пород и минералов характерна для магматической дифференциации, проявленной в пластовом теле, которое изменило свое первичное залегание. Предложен геодинамический сценарий, связывающий образование массива с распадом суперконтинента Родиния, а дальнейшее изменение первичного залегания - с последующими аккреционно-коллизионными событиями, проявившимися на южной и юго-западной окраине Сибирского кратона в период 600-450 млн лет.

В результате проведенных петролого-геохимических исследований показано, что раннепалеозойский гранитоидный магматизм в Ольхонском регионе Прибайкалья формировался в сравнительно узком возрастном интервале (500-465 млн лет) с образованием как автохтонных гнейсомигматит-гранитоидных ассоциаций (шаранурский комплекс), так и многофазных интрузий (аинский комплекс), внедрившихся в верхние горизонты континентальной коры. По химизму, соотношению K₂O/Na₂O и редкоэлементному составу мигматиты-плагиограниты, известково-щелочные и субщелочные гранитоиды шаранурского комплекса близки к вмещающим их гнейсам и кристаллическим сланцам, что может быть связано с образованием этих гранитоидов при плавлении древнего метаморфического субстрата Ольхонского террейна. По новым геохимическим характеристикам (icp-ms метод) к шаранурским гранитоидам близки биотитовые граниты 1-й фазы Аинского массива. В дальнейшем его геохимическая эволюция в значительной мере определялась процессами внутрикамерной магматической дифференциации интрузива, когда при формировании лейкогранитов 2-й фазы происходило обогащение их тяжелыми редкими землями и высокозарядными элементами (Ta, Nb), а также уменьшение концентраций Sr, Ba, Eu, Li и легких REE. Формирование исследуемых автохтонных и интрузивных гранитоидов укладывается в возрастной интервал, отвечающий раннепалеозойским коллизионным событиям в Ольхонском метаморфическом террейне, а образование синколлизионных гранитоидов связано как с процессами плавления корового протолита (шаранурский комплекс), так и магматической дифференциации (многофазный Аинский массив). По минералого-геохимическим характеристикам они несопоставимы с редкометалльными пегматоидными гранитами и пегматитами Li-F и Rb-Be-Nb типов, жильные тела которых занимают секущее положение по отношению к рассматриваемым в статье гранитоидам, являются среднепалеозойскими образованиями и знаменуют переход к внутриплитному этапу магматизма в Прибайкалье.

На фоне преобладающих в регионе доколлизионных, син- и позднеколлизионных раннепалеозойских магматических образований (хайдайских и шаранурских гранитоидов, бирхинского комплекса габброидов) особый интерес представляет появление редкометалльных тел пегматоидных гранитов и пегматитов вдоль южного края Ольхонского региона. Они имеют среднепалеозойский возраст (390-391 млн лет), секущее по отношению к структурам каледонид простирание и относятся к разным геохимическим типам. В ангинской толще развиты амазонитсодержащие пегматиты Li-F-B типа, обогащенные также Ta-Nb-W. В ольхонской серии пока найдено одно существенно калишпатовое тело, богатое Rb-Be-Nb-W-Sn-Sc-U-Th, с крупными кристаллами аквамарина. Изучены составы гранит-пегматитовых тел и редкометалльных акцессорных минералов. Предполагается, что редкометалльные гранит-пегматиты являются периферийной зоной герцинской внутриплитной обстановки, широко развитой в Забайкалье и связанной с воздействием Сибирской горячей точки.

Проведено сравнение геологической позиции, геохимических и изотопных характеристик непрерывных вулканических серий ордовика-раннего силура и раннего-среднего девона Минусинского прогиба и его горного обрамления. Обе серии сложены породами преимущественно умеренно-щелочного ряда с вариациями SiO₂ от 45 до 77 мас. %. Ордовик-раннесилурийская серия отличается от раннесреднедевонской серии пониженным содержанием TiO₂ (менее 1.7 мас. %), Fe₂O_3общ и повышенными концентрациями Al₂O₃ во всех разновидностях пород, более фракционированным характером распределения REE в трахибазальтах. В составах обеих серий зафиксированы два совмещенных во времени механизма эволюции магм. Главный процесс - фракционная кристаллизация, приводящая к возникновению спектра пород от трахибазальтов до трахириодацитов. Второстепенный механизм - контаминация фракционированных расплавов коровым веществом, анатектическое плавление коры и смешение глубинных магм с коровыми выплавками. Особенности этих процессов специфичны для каждого возрастного этапа и контролируются составом источников материнских расплавов. Их геохимические и изотопные характеристики (повышенная щелочность, высокие содержания литофильных элементов, отрицательные аномалии Nb, Та, Ti, обогащение радиогенным стронцием) указывают на взаимодействие мантийных плюмов с литосферной мантией, метасоматически переработанной в ходе предшествующих венд-раннекембрийских субдукционных процессов.

Представлены новые данные о возрасте, составе и условиях формирования гранитов кыстарысского комплекса и ассоциированных с ними богатых литием редкометалльных пегматитов Южно-Сангиленского пегматитового пояса (ЮСП), включающего крупное месторождение лития Тастыг. Установлено, что они сформировались на кембрийско-ордовикском рубеже раннепалеозойского коллизионного орогенеза, проявившегося в Тувино-Монгольском массиве. Граниты кыстарысского комплекса относятся к высококалиевым умеренно щелочным и, благодаря обогащению Zr, Nb, Y, REE, классифицируются как постколлизионные, переходные к внутриплитным ( А -типа). Cподуменовые пегматиты ЮСП имеют близкий с ними возраст и изотопно-геохимические характеристики, что предполагает их парагенетическую связь. В пределах пояса они образуют несколько пегматитовых полей, между которыми выявлены различия их редкометалльной специализации. Помимо доминирующих Li, Cs, Ta, типичных для всех сподуменовых пегматитов (семейство LCT), в пегматитах двух полей повышены также содержания Nb, Y, REE, Zr - элементов-индикаторов пегматитов семейства NYF. Установлено, что формированию сподуменовых пегматитов с комбинированными LCT-NYF геохимическими характеристиками предшествовало внедрение даек монцогаббро с геохимическими характеристиками OIB-типа и щелочных эгириновых гранитов, а также проявление связанных с ними метасоматитов, обогащенных Zr, Nb, Y и REE. На базе геологических и минералого-геохимических данных обосновывается гипотеза образования литиеносных гранитно-пегматитовых расплавов из смешанного источника, возникшего в результате воздействия флюидов щелочного магматического комплекса мантийного происхождения на коровый протолит.

По геологическим, минералогическим, изотопно-геохимическим данным породы трахибазальт-трахит-трахириолитовой (ТТР) серии Нилгинской депрессии в Центральной Монголии образовались в результате близких по времени извержений дифференцированных по составу магм около 120 млн лет назад. Исходные для них базитовые расплавы формировались в результате частичного плавления мантийных пород, метасоматизированных и гидратированных в ходе предшествующих субдукционных процессов. Трахиандезибазальты являются высокотитановыми, низкомагнезиальными, высококалиевыми и обогащенными P₂O₅ породами, имеют умеренно обогащенный изотопный состав стронция (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)₀ (0.70526-0.70567) и близкие к нулевым либо слабоотрицательные значения ε_Nd( T ). Их изотопно-геохимические особенности являются типичными для позднемезозойских базальтоидных пород рифтовых областей Монголии и Забайкалья. Предполагается, что в интервале от позднего палеозоя до конца мезозоя в центрах вулканической активности Северной и Центральной Азии происходило смещение очагов магмогенерации базитовых расплавов от менее глубинного и более гидратированного к более глубинному и менее гидратированному источнику литосферной мантии (от шпинелевого к гранатсодержащему перидотиту). Особенности геохимии и минерально-фазового состава пород ТТР серии наилучшим образом описываются моделями фракционной кристаллизации трахиандезибазальтовых, трахитовых и трахириодацитовых расплавов. По данным масс-балансовых расчетов трахитовые и трахидацитовые расплавы формировались после кристаллизации в трахиандезибазальтовых расплавах лабрадора-андезина, титан-авгита, Sr-содержащего апатита, титаномагнетита и ильменита. Эволюция от трахитовых до трахириодацитовых и трахириолитовых расплавов происходила за счет преимущественной кристаллизации K-Na полевого шпата, а также участия в процессах фракционирования циркона, чевкинита-Ce и апатита, обогащенного LREE. Остаточные расплавы (трахитовые, трахириодацитовые, трахириолитовые), сформированные при эволюции разных по составу исходных магм (соответственно трахиандезибазальтовых, трахитовых и трахириодацитовых), могли перемещаться в верхние горизонты континентальной коры и накапливаться в изолированных магматических камерах. Изотопные данные свидетельствуют о контаминации этими расплавами некоторого количества корового вещества (AFC модель).

Опубликованные данные относительно экстремально магнезиального оливина (> 96 мол. % форстерита) в магматических породах были обобщены и сравнены с новыми высокопрецизионными электронно-зондовыми анализами оливина из окисленных лав влк. Толбачик (Камчатка), хромититов Рай-Из (Россия), щелочно-ультраосновных лав из Сан-Венанцо (Италия) и скарнов из Кух-и-Лал (Таджикистан). Все описанные находки приурочены к низкотемпературным процессам, таким как приповерхностное окисление, взаимодействие с карбонатами и субсолидусное переуравновешивание. Низкотемпературные процессы образования оливина отражаются в текстуре (ламелли гематита, обилие включений рудных минералов) и аномальном содержании малых компонентов (Mn, Ni, Ca). Увеличение магнезиальности оливина происходит под воздействием постмагматических процессов и может проявляться в самых разных горных породах. Это позволяет пересмотреть происхождение оливина экзотического состава (93-96 мол. % форстерита) в некоторых кимберлитах, коматиитах и перидотитах.

Граничный слой кристалла малорастворимого минерала, растущего в гидротермальных условиях, химически модифицирован в поверхностную неавтономную фазу (ПНФ), и в этом качестве принимает участие в ростовом процессе, осуществляя ряд важных функций. В статье рассматриваются некоторые из них, относящиеся к области геохимии и минералогии. Предлагается новое объяснение следующим явлениям: 1) отбор компонентов при росте кристалла в многофазных ассоциациях; 2) устойчивость многофазных парагенезисов минералов с общим химическим компонентом; 3) двойственный характер коэффициентов распределения, вызванный разными свойствами объема кристалла и ПНФ; 4) образование в минералах нано- и микровключений необычного состава; 5) пространственное упорядочение нано- и микрочастиц при их ориентированной агрегации на грани растущего кристалла; 6) концентрирование в поверхностном слое полезных компонентов, прежде всего благородных металлов (БМ), несовместимых в большинстве минеральных матриц; 7) явление «скрытой» металлоносности, связанное с присутствием БМ в составе ПНФ или, образующихся в результате их эволюции, поверхностных нано- и микровключений.