2014

Структурно-вещественная эволюция и изотопный возраст Ильмено-Вишневогорского комплекса (Урал, Россия)

Медведева Е.В.¹, Русин А.И.², Краснобаев А.А.², Банева Н.Н.², Вализер П.М.¹

¹Ильменский государственный заповедник УрО РАН, Миасс, Россия. E-mail: mev_62@inbox.ru

²Институт геологии и геохимии УрО РАН, Екатеринбург, Россия. E-mail: rusin@igg.uran.ru

Ильмено-Вишневогорский комплекс слагает относительно узкую субмеридиональную зону, протягивающуюся более чем на 100 км от Ильменских до Вишневых гор. Нами  эта зона рассматриватся как глубинный фрагмент регионального постколлизионного сдвига, включающий блоки разнообразных метаморфических и щелочных метамагматических пород. Их образование и структурно-вещественная эволюция были связаны с дискретным развитием петрогенетических процессов в различных геодинамических обстановках во временном интервале от раннего протерозоя до мезозоя (Русин и др., 2006).

Исходным субстратом сдвиговой зоны являлись породы платформенного фундамента, представленные различными типами мигматитовых гнейсов, амфиболитов, двупироксеновых кристаллосланцев и магнетитовых кварцитов, объединяемых в селянкинский комплекс. Изотопно-хронологические исследования гранат-силлиманитовых гнейсов и амфиболитов верховьев р. Селянка позволили установить, что породы гнейсово-амфиболитового фундамента испытали высокотемпературный амфиболитовый диафторез около 2 млрд. лет назад (Краснобаев и др., 2001 и др.). Они сохраняют реликтовые ассоциации гранулитовой фации, но время прогрессивного этапа метаморфизма геохронологических обоснований не имеет. Значения возраста, получаемые по нижним пересечениям дискордии с конкордией, характеризуются значительными колебаниями (от 250 до 540 млн. лет) и интерпретировать их геологический смысл достаточно сложно. Все блоки метаморфических и щелочных метамагматических пород залегают среди гранитоидных, часто "очковых" бластомилонитов, имеют тектонические контакты и характеризуются субмеридиональной ориентировкой, указывающей на вторичность современной структуры комплекса, связанной с формированием постколлизионного сдвига.

Мафит-ультрамафитовая ассоциация. Ультрамафиты и ассоциированные с ними метабазиты слагают относительно крупные массивы и многочисленные линзовидные тела в осевой зоне сдвига и глыбообразные включения среди кварцито-сланцевых толщ чехла. При обсуждении генезиса Ильмено-Вишневогорского комплекса эти образования исключались из рассмотрения, что приводило к ошибочному выводу об отсутствии связи щелочных пород с глубинным мантийным магматизмом (Гинзбург, Самойлов, 1983; Левин и др., 1997). Нашими исследованиями было показано (Русин и др., 2006, 2012), что метамафит-ультрамафитовые породы Ильмено-Вишневогорской зоны представляют собой фрагменты дезинтегрированной щелочно-ультраосновной интрузии. В каких объемных соотношениях находились в этой интрузии главные породные ассоциации сказать сложно, но все они достаточно уверенно диагностируются и позволяют утверждать, что щелочно-карбонатитовая ассоциация Ильмено-Вишневогорской зоны является производной глубинного мантийного магматизма. Метафоидолиты этой ассоциации обнаруживают черты петрохимического сходства с породами ийолит-якупирангитовой серии, сильно обогащены редкими и редкоземельными элементами и содержат такие типомофные минералы как пирохлор и тетраферрифлогопит. Их минеральные парагенезисы указывают на чрезвычайно глубинные (до 30 кбар) условия генерации исходных расплавов, связанные с обогащенными матийными резервуарами типа ЕМ I и ЕМ II (Русин и др., 2012). Первичные отношения изотопов Sr и Nd в щелочных ультрамафитах и ранних пирохлорсодержащих карбонатитах Булдымского массива близки хондритовым и характеризуются едиными величинами, что может свидетельствовать об их комагматичности и единстве источника их вещества (Недосекова и др., 2010). Впервые обнаруженная в рутилах ультрамафитов этого массива высокобарическая ассоциация микровключений, представленная омфацитом, глаукофаном, фенгитом (рис. 1), позволяет количественно оценить РТ-параметры декомпрессионного подъема мантийного блока в нижнюю кору (Вализер и др., 2014).

Данные о возрасте щелочноультраосновной ассоциации, основанные на результатах датирования единичных зерен циркона метафоидолитов района Липовой Курьи, показывают два временных кластера: 662±14 и 543±7.1 млн. лет, а также реликтовые значения (1352±14 млн. лет), отражающие минимальный возраст исходного субстрата, и наиболее поздний этап цирконообразования (268±2 млн. лет), связанный с формированием сдвиговой зоны (Краснобаев и др., 2013). Отчетливо выделяется популяция с усредненным возрастом 428.9±2.1 млн. лет, который на основе минералого-геохимических данных рассматривается как омоложенный.  Попытки определения времени формирования карбонатитов и ультрамафитов Булдымского массива Sm-Nd методом не привели к получению согласующихся результатов. Вместе с тем, основываясь на общегеологических данных, можно полагать, что формирование щелочноультраосновной ассоциации произошло до открытия Уральского океана, и было связано с вендской активизацией рифтогенных процессов

Миаскит-карбонатитовая ассоциация представлена двумя крупными массивами (Ильменогорским и Вишневогорским) и серией пластообразных тел сиенитов, залегающих в осевой зоне сдвига. Породы этой ассоциации в той или иной степени затронуты пластическими (хрупко-пластическими) деформациями, отмечаемыми как в мелких телах, так и крупных массивах (Макагонов и др.,. 2003). Эта особенность миаскитов известна давно, но самостоятельного значения ей не придавалось. Вместе с тем, она может свидетельствовать о диапироидном перемещении массивов в верхнюю кору, что хорошо согласуется с их внутренним строением и целым комплексом геолого-петрологических данных (Русин и др., 2006). Детальная характеристика миаскит-карбонатитовой ассоциации и связанных с ней месторождений редких и РЗЭ приводится в монографии (Левин и др., 1997). В этой работе предполагается палингенно-метасоматический генезис ассоциации, связанный с трансформацией корового субстрата под воздействием мантийных флюидов. Такая трактовка вступает в противоречия с результатами изотопного исследования кислорода, углерода и стронция, свидетельствующих о мантийном генезисе миаскитов и карбонатитов (Кононова и др., 1983).

В настоящее время большинство исследователей связывает формирование щелочных пород Ильменогорской зоны с ордовикским рифтогенезом, а их метаморфическое преобразование - с процессами герцинского орогенеза. Такие представления основываются на данных изохронного Rb-Sr датирования нефелиновых сиенитов Ильменогорского (446±13 и 245±24 млн. лет) и Вишневогорского (440±43 и 244±8 млн. лет) массивов (Кононова и др., 1983) и интерпретации результатов в рамках двухэтапной модели, не раскрывающей геологического смысла нижнего пересечения дискордии. Относительно близкие значении изохронного возраста цирконов из миаскитов (423±10 и 261±14 млн. лет) и карбонатитов ( 432±12 и 261±6 млн. лет) Ильменогорского массива были получены классическим U-Pb методом (Чернышов и др., 1987). Эти данные постоянно цитируются в публикациях и являются общепринятыми. Вместе с тем в последние годы был получен огромный объем данных SHRIMP II датирования цирконов из всех разновидностей пород щелочно-карбонатитовой ассоциации (Краснобаев и др., 2010а-в, 2011, 2012, 2013 и др.). Подавляющее большинство цирконовых датировок, отвечающих главному этапу цирконообразования в миаскит-карбонатитовой ассоциации, группируются во временном интервале 400-420 млн. лет. Эндогенная активность в этом временном интервале на Урале отмечается не только в щелочных, но и вообще во всех типах допалеозойских магматических и метаморфических комплексов.  Глобальность ее проявления, отмечаемая различными изотопными системами, может свидетельствовать об их переуравновешивании, связанном с эндогенными событиями островодужного этапа.

Практически во всех группах пород миаскит-карбонатитовой ассоциации обнаруживаются цирконы с возрастом 240-270 млн. лет. Можно полагать, что цирконообразование пермского периода было связано с формированием регионального сдвига, но фактическое обоснование такой трактовки требует проведения специальных изотопно-геохронологических исследований рекристаллизованного матрикса бластомилонитов, не содержащего реликтовых порфирокластов исходных пород.  Максимальные датировки (439±28 млн. лет - ранняя генерация циркона кальцитовых карбонатитов Вишневогорского массива и 489±18 млн. лет - циркон амфиболовых миаскитов Ильменогорского массива) вероятно, являются омоложенными, как и промежуточные значения возраста (280 - 380 млн. лет), геологический смысл которых остается неясным. Формирование генетически связанных щелочноультраосновной и миаскит-карбонатитовой ассоциаций, входивших в состав сложно построенной интрузии центрального типа, могло быть обусловлено только единым процессом -  рифтогенной активизацией, связанной с пульсационным функционированием мантийных плюмов. В трапповых провинциях продолжительность главных импульсов плюмового магматизма оценивается сотнями или первыми миллионами лет. Основываясь на этом можно предположить, что формирование всех породных ассоциаций щелочно-карбонатитовой интрузии происходило в венд-кембрийское время. Вопрос же о первичных источниках вещества этих ассоциаций и временных рамках генерации исходных расплавов щелочноультраосновной и миаскит-карбонатитовой ассоциаций остается открытым. Вполне определенно можно утверждать, что материальных свидетельств их вещественной эволюции от предполагаемого венд-кембрийского времени образования до конца палеозоя не обнаруживается.

Гранитоидные бластомилониты, фениты и пегматиты. Изотопно-хронологическое исследование цирконов фенитизированных гранитодных бластомилонито (Краснобаев и др., 2011)] показало чрезвычайно широкий интервал возрастных датировок. Максимальные значения (2119±38) совпадают с возрастом амфиболитового диафтореза селянкинского комплекса. Это реликтовые датировки, не связанные с развитием процессов фенитизации. Интересно, что признаков фенитизации в гнейсах верховьев р. Селянка не обнаруживается и распространенное мнение, что именно в этом районе развиты экзоконтактовые фениты является ошибочным. Процессы фенитизации гранитоидных бластомилонитов были связаны с формированием региональной сдвиговой зоны и проявлены на всем ее протяжении. В цирконовых датировках фенитов отчетливо проявлена временная дискретность. Основная масса значений возраста относится к нижнему протерозою и нижнему-среднему рифею. Во временном интервале от верхнего рифея до девона цирконовые датировки отсутствуют. Определить геологический смысл девонских возрастов (409±7 и 374±19 млн. лет) достаточно сложно, так как  минералогических свидетельств, отмечающих эндогенные события этого времени, мы не видим. Несомненного внимания заслуживает датировка 286±8 млн. лет. Близкие значения возраста отмечаются во всех типах пород сдвиговой зоны. Они отчетливо фиксируют мощный импульс эндогенной активности, связанный, вероятно, с формированием в поздней перми - начале триаса региональной сдвиговой зоны. Завершение сдвиговых деформаций (180-220 млн. лет) сопровождалось формированием субширотных разрывов и кристаллизацией в них разнообразных пегматитовых жил с богатейшей самоцветной минерализацией. Вполне вероятно, что они являются производными остаточного высокобарического флюида (Русин и др.,2006), возникшего в процессе развития постколлизионного сдвига.

Заключение. Совокупность имеющихся материалов, на наш взгляд, со всей определенностью показывают эволюционную направленность и временную последовательность структурно-вещественных преобразований Ильмено-Вишневогорской региональной сдвиговой зоны. Исходным субстратом этой зоны являлись высокометаморфизованные породы кристаллического фундамента. В позднем рифее-венде, в связи с активизацией рифтогенных процессов, в этот фундамент произошло внедрение сложно построенной щелочно-карбонатитовой интрузии центрального типа, включающей щелочно-ультрамафитовые и карбонатит-миаскитовые ассоциации. В перми - начале триаса эта интрузия была дезинтегрирована и растащена более чем на 100 км  по зоне регионального постколлизионного сдвига. Пластичные (хрупко-пластичные) деформации, приведшие к формированию гранитоидных бластомилонитов, происходили в среднетемпературных условиях (400-550^оС) при повышенных давлениях флюида  (до 10-13 кбар) и сопровождались интенсивным развитием метасоматических процессов (кислотное выщелачивание, фенитизация и др.). Остаточный флюид, обогащенный щелочными, редкими и РЗЭ, при завершении формирования сдвига и развитии секущих разрывов, обусловил кристаллизацию многообразных жил пегматитов с уникальной самоцветной минерализацией.

Исследования проведены при финансовой поддержке Интеграционного проекта УрО РАН № 12-И 5-2035 и Проекта № 12-С-5-1011, выполняемого совместно с СО и ДВО РАН.

Литература:

Вализер П.М., Русин А.И., Краснобаев А.А., Банева Н.Н. Включения омфацита, глаукофана и фенгита в рутиле ультрамафитов Булдымского массива (Ю, Урал) // Вестник ИГ Коми НЦ УрО РАН. 2014. № 2. С. 7-10.

Гинзбург А.И., Самойлов В.С. К проблеме карбонатитов // ЗВМО. 1983. Вып. 2. Ч. 112. С. 164-176.

Кононова В.А., Крамм У., Грауерт Б. Возраст и источник вещества миаскитов Ильмено-Вишневогорского комплекса на Урале (данные Rb-Sr изохронного метода) // ДАН СССР. 1983. Т. 273. № 5. С. 1226-1230.

Краснобаев А.А., Вализер П.М., Медведева Е.В., Русин А.И., Бушарина С.В. Цирконология малиньитов Ильменских гор (Южный Урал) // Докл. АН. 2010а. Т. 434. № 2. С. 228-231.

Краснобаев А.А., Вализер П.М., Медведева Е.Н., Русин А.И., Дубинина Е.В., Банева Н.Н  Цирконология амфиболитов Липовой курьи (Ильменогорская зона, Ю.Урал)  // Ежегодник - 2009. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2010б. С. 267-272.

Краснобаев А.А., Вализер П.М., Русин А.И., Бушарина С.В., Медведева Е.В. Цирконология фенитов Ильменских гор (Южный Урал) // Докл. АН. 2011. Т. 440. № 1. С. 100-104.

Краснобаев А.А., Вализер П.М., Русин А.И., Бушарина С.В., Медведева Е.В.  О цирконах гипербазитов Булдымского массива // Ежегодник - 2012. Тр. ИГГ УрО РАН, вып. 160. Екатеринбург, 2013. С. 300-302.

Краснобаев А.А., Щулькин Е.П.,  Давыдов В.А., Чередниченко Н.В. Цирконология Селянкинского блока Ильменских гор // ДАН. 2001. Т. 379. № 6. С. 807-811.

Краснобаев А.А., Русин А.И., Бушарина С.В., Лепехина Е.Н., Медведева Е.В. Цирконология амфиболовых миаскитов Ильменогорского массива (Южный Урал) // Докл. АН. 2010в. Т. 430. № 2. С. 227-231.

Левин В.Я., Роненсон Б.М., Самков В.С., Левина И.А., Сергеев Н.С., Киселев А.П. Щелочно-карбонатитовые комплексы Урала. Екатеринбург: Уралгеолком, 1997. 274 с.

 Макагонов Е.П., Баженов А.Г., Вализер Н.И., Новокрещенова Л.Б., Плохих Н.А., Варлаков А.С. Глубинное строение Ильменогорского миаскитового массива. Миасс: ИМин УрО РАН, 2003. 180с.

Недосекова И.Л., Беляцкий Б.В., Белоусова Е.А., Баянова Т.Б. Геохронология, изотопная геохимия и источники вещества Ильмено-Вишневогорского комплекса в свете новых Sm-Nd, U-Pb, Lu-Hf изотопных данных (Урал) // Материалы XXVII Международной конференции "Геохимия магматических пород". Коктебель, Украина. 2010. С. 125-127.

Русин А.И., Вализер П.М., Краснобаев А.А., Банева Н.Н., Медведева Е.В., Дубинина Е.В. Природа гранат-анортит-клинопироксен-амфиболовых пород Ильменогорского комплекса (Ю.Урал) // Литосфера. 2012. № 1. С. 91-109.

Русин А. И., Краснобаев А. А., Русин И.А., Вализер П. М., Медведева Е.В. Щелочно-ультраосновная ассоциация Ильменских - Вишневых гор // Геохимия, петрология, минерагения и генезис щелочных пород. Миасс: УрО РАН, 2006. С.222-227.

Чернышев И.В., Кононова В.А., Крамм У., Грауерт Б. Изотопная геохронология щелочных пород Урала в свете данных уран-свинцового метода // Геохимия. 1987. № 3. С. 323-338.