Петрохимия позднеордовикских - раннедевонских базальтоидов южной части тагильской зоны среднего урала.
(по данным Уральской сверхглубокой скважины и околоскважинного пространства)

Общая характеристика работы

Актуальность исследований. Петрологии вулканических пород Тагильской зоны Среднего Урала посвящены многочисленные работы, позволившие установить основные особенности развития вулканизма в раннем палеозое. Вместе с тем, происхождение раннепалеозойских вулканитов остается дискуссионным, поскольку предлагаются различные интерпретации тектонической обстановки их формирования. Обосновываются две модели развития вулканизма в Тагильской зоне: континентально-рифтогенная (Каретин, 1997-2004) и надсубдукционная - островодужная (Агеева, 1992; Язева и Бочкарев, 1989, 1995, 2000; Розен и др., 1997, 1999; Румянцева, 1989, 1995; Петров и др., 2000; Коротеев и др., 2001 и др.). Генезис вулканических пород Тагильской структуры, принципиально важный для объяснения развития вулканизма этой зоны и всего Урала, таким образом, остается актуальной проблемой. В процессе исследований пород Уральской СГ-4, вскрывшей в Тагильской зоне раннепалеозойские вулканогенные образования до глубины 6000 м, накоплен значительный объем материалов по петрологии и геохимии вулканитов, что дает возможность рассмотреть их генезис в сопоставлении с базальтоидами современных обстановок. В Тагильской зоне преобладают базальтоиды, как и в современных островных дугах и континентальных рифтах. Именно поэтому для восстановления тектонической обстановки раннепалеозойского вулканизма изучалась базальтоиды.

Цель и задачи исследований. определение генезиса базальтоидов позднего ордовика - раннего девона южной части Тагильской зоны и реконструкция геодинамической обстановки их формирования. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи: 1. Обобщить петрологические данные по раннепалеозойским базальтоидам южной части Тагильской зоны и выделить ассоциации вулканических пород (O₃-D₁). 2. Определить принадлежность базальтоидов к петрохимическим сериям и установить последовательность их образования. 3. Установить геохимические особенности базальтоидов и характер их изменения в пространстве и во времени. 4. Оценить состав источника раннепалеозойских базальтоидов.

Фактический материал. Было исследовано более 500 образцов базальтоидов из вулканических комплексов (O₃-D₁) южной части Тагильской зоны, собранных в полевых исследованиях 1995-2004 г.г. Проведено опробование Уральской СГ-4, структурных скважин и коренных выходов на поверхности поперек структуры, на широте СГ-4. Проведено детальное петрографическое изучение базальтоидов в шлифах (более 1000), в том числе и из коллекции ФГУП НПЦ "Недра". Детально изучена коллекция базальтоидов (100 образцов), для которых были определены содержания главных компонентов и элементов-примесей. Был детально изучен составов клинопироксенов из нижнепалеозойских базальтоидов на электронном (более 500 анализов) и ионном (около 20 анализов) зондах. В работе использовано около 200 химических анализов базальтоидов, данных Е.М. Ананьевой (1983), Н.С. Чурилина (1985), А.Ф. Кирьякова (1987), Н.А. Румянцевой (1988), В.Б. Пояркова (1988), О.М. Розена (1995), Ю.С. Каретина (2000), К.Г. Башты и Ан.И. Марченко (1992-2003). Использованы данные по базальтоидам современных островных дуг (180 анализов) и континентальных рифтов (160 анализов) из электронной базы GEOROC (http://georoc.mpch-mainz.gwdg.de/georoc).

Научная новизна. Впервые получены новые данные по геохимии позднеордовикских - раннедевонских базальтоидов южной части Тагильской зоны и обобщены петрохимические данные по району СГ-4. Это позволило обосновать палеоостроводужный генезис этих пород. Этот вывод получил дополнительное подтверждение при сопоставлении базальтоидов Тагильской зоны с базальтами современных различных геодинамических обстановок, что позволило представить общую последовательность развития вулканизма в раннем палеозое на Среднем Урале.

Практическая ценность работы. Результаты работы имеют большое практическое значение для изучения палеозойского этапа развития Урала. Методический подход, использованный в работе, может быть применен при изучении палеотипных вулканических пород, в палеогеодинамических реконструкциях Урала и регионов со сходным тектоническим строением.

Личный вклад автора. 1) Полевые геологические исследования южной части Тагильской зоны, изучение пород Уральской СГ-4 и структурных скважин, отбор проб, в том числе на изотопно-геохимические исследования. 2) Обобщение материалов предшествующих исследований. 3) Изучение состава и строения вулканических комплексов. 4) Изучение петрологии и геохимии базальтоидов. 5) Анализ и обобщение данных.

Основные защищаемые положения.
1. Установлено, что базальтоидный вулканизм в южной части Тагильской зоны эволюционировал от однородного толеитового к дифференцированному известково-щелочному и, затем, к шошонитовому - в последовательности, характерной для современных островных дуг.
2. Показано, что геохимические особенности базальтоидов определялись составом деплетированного мантийного субстрата, преобразованного под воздействием флюидно-расплавной компоненты субдукционной природы.
3. Выявлена поперечная петрогеохимическая зональность базальтоидов с запада на восток Тагильской зоны. Она объясняется обеднением источника водным флюидом, снижением степени плавления и увеличением глубины очага генерации магм.
4. Полученный комплекс данных доказывает, что раннепалеозойский базальтоидный вулканизм южной части Тагильской зоны происходил в островодужной обстановке.

Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации докладывались на научных чтениях памяти профессора И.Ф. Трусовой (Москва, МОИП, 1996-1999), на Втором Всероссийском петрографическом совещании "Петрография на рубеже XXI века. Итоги и перспективы" (г. Сыктывкар, 2000), на X Всероссийском совещании <Петрография XXI века> (г. Апатиты, 2005). По теме диссертации опубликовано 29 работ (7 статей и 22 тезиса докладов).

Структура и объем работы. Работа состоит из 5 глав, введения, заключения и приложений; имеет общий объем 144 страницы, содержит 2 таблицы и 48 рисунков; табличные приложения из 23 страниц; список литературы включает 182 наименования. В первой главе рассматриваются геологическое строение района исследований, проблемы, важные для объяснения развития раннепалеозойского вулканизма, задачи исследований. Во второй главе дана характеристика вулканических ассоциаций (O3-D1). В третьей главе приводится методика исследований. В четвертой главе дана характеристика состава и геохимических особенностей базальтоидов. В пятой главе рассматривается генезис и палеогеодинамическая обстановка формирования базальтоидов.

Благодарности. Автор благодарит своего научного руководителя В.И. Фельдмана. Автор выражает благодарность А.А. Носовой (ИГЕМ РАН) и Л.В. Сазоновой (МГУ) за инициацию этой работы, помощь в отборе и обработке материалов, обсуждении результатов, а также за участие в изучении составов клинопироксенов, корректирующее ход исследований. Автор благодарит А.Я. Докучаева за организацию полевых работ. Аналитические исследования различными методами, которые составляют значительную и очень важную часть данной работы, были бы невозможны без помощи сотрудников многих лабораторий, включая: Ю.В. Долинину, О.Г. Унанову, М. Михеева, Л.Д. Холодова, В.Б. Василенко, И.А.Толоконника, А.Л. Керзина, Д.З.Журавлева, Н.Н. Коротаеву, Е.В. Гусеву, С.Г. Симакина, Е. Потапова, которым автор очень признателен.

Автор благодарит за помощь в полевых исследованиях руководителей и геологов Уральской ГРЭ К.Г. Башту, В.А. Горбунова, Ан.И. Марченко, Ал.И. Марченко, Л.Н. Шахторину. Особая признательность д. г-м. н. Ю.С. Каретину за участие в совместных полевых работах и обсуждение материалов. Автор благодарит руководство ФГУП НПЦ "Недра" за финансовую поддержку.