На правах рукописи

ЕЛБАЕВ Алексей Леонидович

РАННЕОРДОВИКСКИЙ ГРАНИДОИДНЫЙ МАГМАТИЗМ

ДЖИДИНСКОЙ ЗОНЫ КАЛЕДОНИД

(ЮГО-ЗАПАДНОЕ ЗАБАЙКАЛЬЕ)

Специальность 25.00.04 – петрология, вулканология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Улан-Удэ 2013

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Геологическом институте Сибирского отделения Российской академии наук

Научный руководитель:

Гордиенко Иван Власович, доктор геолого-минералогических наук, член-корреспондент РАН, советник РАН, Геологический институт Сибирского отделения Российской академии наук

Официальные оппоненты:

Гладкочуб Дмитрий Петрович, доктор геолого-минералогических наук, профессор, директор Института земной коры Сибирского отделения Российской академии наук Крук Николай Николаевич, кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник лаборатории петрологии и рудоносности магматических формаций, Институт геологии и минералогии им. В.С.

Соболева Сибирского отделения Российской академии наук

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геохимии им. А.П. Виноградова Сибирского отделения Российской академии наук

Защита состоится 24 октября 2013 года в 1500 часов на заседании диссертационного совета Д 003.002.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Геологическом институте Сибирского отделения РАН по адресу: 670047, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6а.

e-mail: [email protected] тел./факс: 8(3012)43-39- http//geo.stbur.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного учреждения науки Геологического института Сибирского отделения РАН по адресу: 670047, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6а.

Автореферат разослан « » сентября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к. г.-м. н. О.К. Смирнова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. Граниты и близкие по составу кварцсодержащие интрузивные породы – гранитоиды – самые распространенные из магматических пород складчатых областей. По статистическим подсчетам они составляют около 77% объема всех магматических тел верхней части континентальной земной коры [Магматические..., 1987; Попов, 1997]. При расшифровке геологической истории развития складчатых областей изучению гранитоидов уделяется значительное внимание в связи с их важными индикаторными свойствами, связанными с формированием и эволюцией континентальной земной коры, что представляет собой одну из важных фундаментальных проблем современной геологии [Богатиков и др., 2010]. Комплексные исследования геологического положения и строения гранитоидных массивов, особенностей их минералогического, петрографического и геохимического состава, наряду с изотопно-геохимическими и геохронологическими данными, позволяют восстанавливать генезис магматических пород и геодинамические условия их формирования.

Актуальность проведенных исследований определяется также тем, что вопросы расчленения и корреляции раннепалеозойских гранитоидов Джидинской зоны каледонид, а также интерпретация геодинамических условий формирования и их генезис оставались до сих пор недостаточно разработанными. На всех геологических картах раннепалеозойские гранитоиды рассматриваются в составе джидинского диорит-тоналитового комплекса. В настоящее время возникла необходимость получения изотопногеохронологической и геохимической информации для расчленения раннепалеозойских гранитоидов, образованных на островодужной и аккреционно-коллизионной стадиях эволюции данной зоны, а также для понимания петрологических механизмов гранитообразования.

Целью работы является реконструкция петрологических и геодинамических условий формирования гранитоидов выделенной нами дархинтуйской группы массивов Джидинской зоны каледонид.

Основные задачи исследования:

1. Изучить геологическое строение массивов и взаимоотношение гранитоидов с вмещающими терригенно-карбонатными породами (джидинская свита), определить их изотопный (U-Pb и Ar-Ar) возраст.

2. Провести минералого-петрографические, петрогеохимические и изотопно-геохимические (Sm-Nd и Rb-Sr) исследования для установления условий петрогенезиса гранитоидов.

3. Определить геодинамическую обстановку формирования гранитоидов и сопоставить ее с условиями образования близковозрастных гранитоидов Алтае-Саянской складчатой области.

Фактический материал и методы исследования. В основу диссертации положены материалы, полученные автором за период 2004-2011 гг.

в процессе обучения в аспирантуре и в ходе научно-исследовательских работ по проектам лаборатории геодинамики Геологического института СО РАН, главным образом проведенных на территории Джидинской зоны каледонид ЮгоЗападного Забайкалья. Автор являлся исполнителем бюджетных тем и инициативных проектов РФФИ (№ 02-05-65328; № 05-05-64035), нацеленных на изучение геологического строения и вещественного состава раннепалеозойских гранитоидов Джидинской и Удино-Витимской зон каледонид. В исследованиях использован комплекс геологических, петрографических, геохимических, в том числе изотопно-геохимических и геохронологических методов. Комплекс методов базируется на оригинальных петрографических описаниях коллекций шлифов (150 шт.), петрохимических (66), геохимических (66) и микрозондовых (199) анализах, а также изотопногеохимических исследованиях (U-Pb, Ar-Ar, Rb-Sr, Sm-Nd) гранитоидных массивов. Аналитические данные получены с помощью рентгенофлуоресцентного, химико-спектрального и масс-спектрометрического с индукционно связанной плазмой методами в лабораториях Геологического института СО РАН г. Улан-Удэ и в Институте геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН в г. Иркутск. Для датирования магматических пород использовались U-Pb метод по цирконам и 39Ar-40Ar метод по биотитам. Изотопный анализ U и Pb был выполнен на многоколлекторном масс-спектрометре Finnigan МАТ-261 (ИГГД РАН, г.

Санкт-Петербург). 39Ar-40Ar анализ выполнен на масс-спектрометре Noble gas 5400 (ИГМ СО РАН, г. Новосибирск).

Обработка геохимических и минералогических данных производилась с помощью стандартных текстовых и графических редакторов (Microsoft Office и CorelDraw), а также прикладной геохимической программы MINPET 2.02.

Научная новизна. Впервые детально изучено геологическое строение гранитоидных массивов дархинтуйской группы и характер взаимоотношений их с вмещающими осадочными породами. Подробно исследован петрохимический, геохимический состав гранитоидов, установлен их абсолютный возраст U-Pb и Ar-Ar методами. Эти гранитоиды отнесены к известково-щелочной петрохимической серии (I-тип). Установлено, что петрогеохимическая их характеристика обусловлена частичным плавлением мафического корового субстрата при давлении более 12-15 кбар. Гранитоиды дархинтуйской группы образовались в раннем ордовике в интервале времени 489±2-477±6 млн лет. Показано, что они формировались в аккреционноколлизионной геодинамической обстановке на заключительном этапе развития Джидинской зоны каледонид. Сопоставление изученных гранитоидов показывает, что аналогичные по составу и возрасту гранитоиды развиты в Алтае-Саянской складчатой области и Озерной зоне Западной Монголии.

минералогические, изотопно-геохимические и геохронологические результаты комплексных исследований раннеордовикских гранитоидных массивов могут быть использованы при геолого-съемочных, металлогенических и поисковых работах на различные виды полезных ископаемых, а также при разработке легенд для геологических карт нового поколения в Джидинском рудном районе.

Защищаемые положения:

1. Гранитоиды Дархинтуйского, Барунгольского, Верхнебарунгольского массивов Джидинской зоны каледонид образуют самостоятельную дархинтуйскую группу массивов, сложенных тоналитами известковощелочной (I-тип) серии, и сформировались в раннем ордовике в период с по 477 млн лет.

2. По петрогеохимическим характеристикам тоналиты относятся к плагиогранитоидам высокоглиноземистого типа. Образование исходных расплавов тоналитов происходило в результате частичного плавления мафического (метабазитового) источника в нижнекоровых условиях.

3. Геодинамические условия формирования массивов раннеордовикских тоналитов свидетельствуют об их становлении в аккреционно-коллизионную стадию развития Джидинской зоны каледонид.

Апробация результатов работы. По теме диссертации опубликовано 11 статей и тезисов докладов, в том числе 2 статьи в журналах списка ВАК.

Основные результаты исследования докладывались на международных, всероссийских и региональных научных совещаниях и конференциях: на II Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле (Новосибирск, 2004); на XXI всероссийской молодежной конференции «Строение литосферы и геодинамика» (Иркутск, 2005); на всероссийской конференции, посвященной 50-летию СО РАН и 80-летию чл.-к. РАН Ф.П.

Кренделева «Геохимия и рудообразование радиоактивных, благородных и редких металлов в эндогенных и экзогенных процессах» (Улан-Удэ, 2007); на международной конференции «Граниты и эволюция Земли: геодинамическая позиция, петрогенезис и рудоносность гранитоидных батолитов» (Улан-Удэ, 2008); на XI всероссийском петрографическом совещании с участием зарубежных ученых «Магматизм и метаморфизм в истории Земли»

(Екатеринбург, 2010); на всероссийской молодежной научной конференции «Геология Западного Забайкалья» (Улан-Удэ, 2011, 2012); на всероссийской конференции молодых ученых «Современные проблемы геохимии»

(Иркутск, 2011); на всероссийской конференции с международным участием «Геологические процессы в обстановках субдукции, коллизии и скольжения литосферных плит» (Владивосток, 2011); на научных сессиях Геологического института СО РАН (Улан-Удэ 2005, 2008, 2012).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения. Она содержит 132 страниц текста, включая 65 рисунков, 16 таблиц и списка литературы из 116 наименований.

Во введении определены цель и задачи исследования. В первой главе рассмотрено геологическое строение Джидинской зоны каледонид, история изучения палеозойского интрузивного магматизма, структурное и возрастное положение гранитоидов дархинтуйской группы. Дано подробное описание методов исследования гранитоидов. Вторая глава посвящена минералогопетрографической характеристике гранитоидов. В третьей главе приводится химическая и изотопная характеристика гранитоидов. В четвертой главе рассмотрены петрогенетические и геодинамические условия формирования гранитоидов и проведено сопоставление с близковозрастными гранитоидами Алтае-Саянской складчатой области. В заключении приведены результаты работы.

Благодарности. Работа выполнена в лаборатории геодинамики ГИН СО РАН. Автор выражает свою признательность и благодарность чл.-к. РАН И.В. Гордиенко, под научным руководством которого была закончена аспирантура и выполнена настоящая диссертационная работа. При работе над диссертацией автор пользовался также поддержкой и советами коллег по работе д.г.-м.н. А.Н Булгатова, д.г.-м.н. А.А. Цыганкова, к.г.-м.н. Т.Т.

Врублевской, к.г.-м.н. А.В. Филимонова, к.г.-м.н. В.С. Климук, к.г.-м.н. Д.А.

Орсоева, к.г.-м.н. Г.С. Риппа, к.г.-м.н. В.Б. Хубанова, к.г.-м.н. Р.А.

Бадмацыреновой, Д.В. Гороховского, Е.А. Хромовой, Н.И. Ласточкина, В.С.

Ланцевой, Т.А. Гонегер. Автор благодарен М.Ш. Бардиной, оказавшей помощь в подготовке графических приложений. Аналитическая информация, которая приводится в диссертации, была получена специалистамианалитиками ГИН СО РАН Б.Ж. Жалсараевым, Р.Ж. Ринчиновой, В.Ф.

Посоховым, В.С. Канакиным, Г.Н. Загузиным, Е.В. Ходыревой, А.А.

Цыреновой, Г.И. Булдаевой, И.В. Боржоновой, И.В. Бардамовой, Л.А.

Левантуевой, Т.И. Казанцевой, а также сотрудниками ИГГД РАН В.П.

Ковачем, А.Б. Котовым и Аналитического центра СО РАН А.В. Травиным, за что автор им очень благодарен.

КРАТКИЙ ОЧЕРК СТРОЕНИЯ ДЖИДИНСКОЙ ЗОНЫ КАЛЕДОНИД

Район исследований охватывает центральную часть Джидинской зоны каледонид (рис. 1), которая в качестве самостоятельной структурноформационной единицы выделена по находкам археоциат в вулканогенноосадочных отложениях верховий р. Джиды [Беличенко, 1963]. Позднее установлено, что зона имеет продолжение в Северную Монголию, где также были найдены остатки археоциат [Благонравов, Зайцев, 1972]. В дальнейшем в этом районе описаны породы офиолитовых комплексов, указывающих на океаническую природу Джидинской зоны [Ильин, 1982]. Также было показано, что Джидинская зона имеет покровно-складчатое строение [Томуртогоо, 1989; Гордиенко, 1994]. К аналогичным выводам пришли исследователи, изучавшие Джидинскую зону Юго-Западного Забайкалья и Северной Монголии [Беличенко, 1985; Гордиенко, 1987; Альмухамедов и др., 1989, 1996; Кузьмин и др., 1995; Гордиенко и др., 2007] и в ней фиксируются восемь тектонических покровов [Альмухамедов и др., 1996].

Рис. 1. Схема геологического строения Джидинской зоны каледонид (Северная Монголия, Юго-Западное Забайкалье) [Гордиенко, 1994; Альмухамедов и др., 1996]. Условные обозначения: 1- кайнозойские базальты; 2- олистострома (О-S?); 3флишоидные (терригенно-карбонатные, граувакковые, олигомиктовые) отложения (Є3-О); 4- кремнисто-карбонатные и калькаренитовые отложения (Є1-2); 5- известковощелочная вулканическая серия с бонинитами (V-Є1); 6- базальтовые серии (V-Є1); 7ультрабазиты и габброиды в серпентинитовом меланже (R3); 8- доверхнерифейские метаморфические образования; 9- раннеордовикские и раннепермские гранитоиды;

10- ранне-среднекембрийские гранитоиды; 11- крупнейшие надвиги; 12- прочие тектонические нарушения.

Большую роль в строении всех тектонических покровов зоны занимают породы офиолитовой ассоциации. Наличие среди них значительной массы серпентинитов определило возможность многочисленных глубинных срывов, перемещение горных масс на большие расстояния и формирование в конечном итоге покровно-складчатой структуры. Изучение составов вулканических формаций зоны [Кузьмин и др., 1995; Альмухамедов и др., 1996; Гордиенко и др., 2007], показало наличие пород, типичных для современных океанов. Выделено три серии вулканитов: 1) толеитовые базальты срединно-океанического типа, которые характеризуют спрединговые зоны; 2) известково-щелочная (андезит-базальтовая) ассоциация с бонинитами, типичная для островодужных систем; 3) ассоциация субщелочных высокотитанистых базитов, свойственных внутриплитовому океаническому магматизму. Эти серии вулканитов характеризуют стадию открытого океанического пространства.

В настоящее время Джидинская зона представляет собой аккреционноколлизионный ороген, сформировавшийся при столкновении (аккреции) Джидинской островной дуги с Сибирским кратоном и закрытии окраинного бассейна [Гордиенко и др., 2007; Гордиенко и др., 2012]. Этот процесс сопровождался расчешуиванием и шарьированием литокомплексов, формированием зон тектонического меланжа и олистостром, что свидетельствует о значительной роли горизонтальных движений при формировании современной покровно-складчатой структуры в ЮгоЗападном Забайкалье. Среди покровно-складчатой структуры встречаются гранитоидные массивы дархинтуйской группы. В результате проведенного исследования мы пришли к выводу, что структурное положение этих гранитоидов однозначно указывает на их постскладчатую природу, они внедрялись после формирования основного структурного плана зоны.

В данной работе представлены результаты комплексных исследований геологических, геохронологических, геохимических и изотопногеохимических исследований гранитоидов дархинтуйской группы Джидинской зоны каледонид.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ИХ ОБОСНОВАНИЕ

Первое защищаемое положение. Гранитоиды Дархинтуйского, Барунгольского, Верхнебарунгольского массивов Джидинской зоны каледонид образуют самостоятельную дархинтуйскую группу массивов, сложенных тоналитами известково-щелочной (I-тип) серии, и сформировались в раннем ордовике в период с 489 по 477 млн лет.

Изучением палеозойского интрузивного магматизма Джидинской зоны занимались К.А. Шалаев, П.И. Налетов, В.Л. Тихонов, Е.Н. Смолянский, В.А.

Дворкин-Самарский, Е.Е. Зеленский, З.И. Петрова, А.Н. Дистанова, И.В.

Гордиенко, В.Д. Баянов и др. Исследованные гранитоидные массивы рассматривались в составе раннепалеозойского джидинского интрузивного комплекса. За последние годы нами получены геологические, петрогеохимические и изотопно-геохронологические данные, свидетельствующие о неоднократном внедрении различных по вещественному составу и геодинамическим условиям формирования гранитоидных ассоциаций в Джидинской зоне в раннем палеозое [Гордиенко и др., 2006; Гордиенко и др., 2012].

Дархинтуйский (80 км2), Барунгольский (30 км2), Верхнебарунгольский (35 км2) массивы расположены в пределах центральной части Джидинской зоны и образуют самостоятельную группу массивов, названную нами дархинтуйской (рис. 2). Вмещающими породами являются терригеннокарбонатные флишоидные отложения джидинской свиты (PZ1d), которые на контактах с гранитоидами представлены плагиоклаз-диопсидклиноцоизитовыми, плагиоклаз-роговообманково-диопсидовыми, биотитроговообманково-плагиоклазовыми и биотит-кварц-плагиоклазовыми роговиками. Массивы сложены светло-серыми мелко-среднезернистыми и среднезернистыми тоналитами, часто порфировидного облика. По нашим наблюдениям выделяются две фациальные разности тоналитов: биотитамфиболовые (Pl-60%, Qtz-15-20%, Amph-10-15%, Bt-5-10%, Ap, Zn, Ttn, Mgt) и амфибол-биотитовые (Pl-50%, Qtz-15-20%, Bt-15-20%, Amph-5-10%, Kfs-5%, Zn, Ap, Ttn, Mgt, Aln). Дайковая серия в массивах представлена амфибол-плагиоклазовыми порфиритами (Pl-55-60%, Bt-20%, Qtz-15%, Amph-5-10%).

Рис. 2. Схема размещения массивов гранитоидов в Джидинской зоне (ЮгоЗападное Забайкалье). Условные обозначения: 1- олистострома (О-S?); 2флишоидные отложения (Є3-О); 3- известково-щелочная вулканическая серия (V-Є1);

4- базальтовая серия (V-Є1): 5- Хамардабанская зона; 6- дабанский сиенитграносиенитовый комплекс ( PZ3); 7- гранитоиды дархинтуйской группы ( О1); 8джидинский диорит-плагиогранитный комплекс (Є1-2); 9- разломно-сдвиговые и надвиговые зоны; 10- другие разломы; 11- массивы гранитоидов (цифры в кружках):

1- Дархинтуйский; 2- Барунгольский; 3- Верхнебарунгольский; 4- Модонкульский; 5Шараазаргинский; 6- Купчинский; 7- Шабартайский.

Проведенный нами анализ показывает, что по химическому составу гранитоиды Дархинтуйского, Барунгольского и Верхнебарунгольского массивов однотипны и полностью отвечают семейству гранодиоритов