Высокотемпературный метаморфизм гранулитовых комплексов Сарматии

Общая характеристика работы.

Актуальность темы определяется: 1) первостепенным значением железистых формаций докембрия как источника железорудного сырья и возрастающей ролью при этом метаморфических пород (магнетитовых кварцитов); 2) специфической приуроченностью железистых формаций главным образом к архею и палеопротерозою, что определяет их фундаментальное значение в ранней истории Земли; 3) отсутствием корректных данных для количественной оценки физико-химических условий метаморфизма железистых формаций Курско-Бесединского блока Воронежского кристаллического массива (ВКМ) и Приазовского блока Украинского щита (УЩ).

Цель работы - определение физико-химических условий высокотемпературного метаморфизма архейских железисто-кремнистых формаций (ЖКФ) ВКМ и УЩ на основе детального изучения структур распада твердых растворов в минералах.

Основные задачи исследований: 1) изучение в минералах структур распада твердых растворов и определение последовательности образования генераций минеральных фаз; 2) разработка рациональной методики реконструкции химических составов минералов устойчивых на пике метаморфизма: ферроавгитов, пижонитов и полевых шпатов; 3) оценка физико-химических параметров высокотемпературного метаморфизма.

Научная новизна исследований. 1) Впервые для пород ВКМ и УЩ описаны уникальные структуры распада твердых растворов пироксенов и полевых шпатов; предложена принципиально новая схема их распада. 2) Реконструированы химические составы первичных минералов устойчивых на пике метаморфизма. 3) Впервые систематически и на единой основе выполнены количественные определения физико-химических параметров высокотемпературного метаморфизма железисто-кремнистых пород ВКМ и УЩ. 4) Реконструирован P-T тренд метаморфизма мезоархейских гранулитовых комплексов Сарматии.

Практическая значимость результатов работы. 1) Данные определения параметров метаморфизма могут быть использованы при поисково-разведочных работах и оценке перспективности различных метаморфогенных железорудных месторождений. 2) Методические подходы к определению температуры метаморфизма применимы к широкому разнообразию кристаллических пород, минералы которых содержат структуры распада твердых растворов. 3) Результаты исследований использовались в Воронежском государственном университете при составлении карты метаморфизма докембрия Восточно-Европейской платформы масштаба 1:1000000 (Госконтракт NАМ-02-43/15 с Федеральным агентством по недропользованию).

Полученные результаты создают принципиально новые возможности в исследовании железистых формаций докембрия. Они представляют решение научной проблемы - оценки физико-химических условий метаморфизма при формировании железорудных месторождений, методом реконструкции по структурам распада первичных равновесных составов.

Настоящая работа развивает новое направление - исследование структур распада твердых растворов как важнейших индикаторов условий природного минералообразования.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Для пироксенов из гранулитовых комплексов Сарматии (ВКМ и УЩ) характерны структуры распада твердых растворов. При реинтеграции ламелей орто- и клинопироксенов и матрицы зерен получены составы первичных пижонита: En_24,Fs_62,Wo₁₄ - для ВКМ; En_16,Fs_72,Wo₁₂ - для УЩ, и ферроавгита: En_23,Fs_45,Wo₃₂ - для ВКМ; En_15,Fs_51,Wo₃₅ - для УЩ, которые впоследствии распадались по двухступенчатой схеме на гиперстен и авгит.

2. В метапелитах ВКМ присутствуют разнообразные структуры распада полевых шпатов: антипертиты, мезопертиты и пертиты. Определен состав первичных высокотемпературных полевых шпатов: Ab_47,An_25,Or₂₈ - для зерен содержащих антипертитовые; Ab_50,An_11,Or₃₉ - мезопертитовые; Ab_29,An_6,Or₆₅ -пертитовые структуры распада.

3. По реинтегрированным составам первичного пижонита и ферроавгита температуры гранулитового метаморфизма оцениваются: для Курско-Бесединского блока ВКМ - 950^oС-1000^oС при 10-11 кбар; для Приазовского блока УЩ - 890^oС-930^oС при 10 кбар. Температуры метаморфизма, полученные по первичным составам полевых шпатов составляют 960^oС-1050^oС.

Фактический материал. Объектом исследования являлись породы архейской ЖКФ Курско-Бесединского блока ВКМ и Приазовского блока УЩ. Основой для исследований послужили материалы, собранные автором в течении 2003-2007 гг. при выполнении тематических работ, проводившихся по планам научных программ Минобразования РФ, грантам ФЦП <Интеграция> (проект Э-0348), Президента РФ (проект МД-248.2003.05), <Развитие научного потенциала Высшей школы. Университеты России> (НИЧ-5041) и Российского фонда фундаментальных исследований (проекты 01-05-65018, 03-05-64071, 04-05-64585, 04-05-65109, 06-05-64088).

В процессе выполнения работ детально задокументирован керн 36 скважин и детально описано более 1500 шлифов по 22 скважинам. При исследовании вещественного состава метаморфических образований использовался комплекс методов оптической микроскопии и аналитических исследований, который включает 57 силикатных анализов пород. Изучен химический состав 1520 минералов в 75 препаратах. Наиболее информативные минеральные ассоциации и зерна минералов со структурами распада изучались на растровых электронных микроскопах - Jeol 6380 LV (ВГУ) СamScan 2300 (ИЭМ РАН). Химические составы минеральных фаз были получены с помощью энергодисперсионной приставки INCA 250 (ИЭМ РАН, ВГУ).

Апробация работы. Материалы по теме диссертации докладывались на международных и российских конференциях: "ECROFI" (Siena, Italy, 2005); "Granulites and Granulites 2006" (Brazil, 2006), Х Всероссийском петрографическом совещании (Апатиты, 2004), "Геологи 21 века" (Саратов, 2004, 2006), Ломоносов-2005 (Москва, 2005), "Гранулитовые комплексы в геологическом развитии докембрия и фанерозоя" (Cанкт-Петербург, 2007), а также на ежегодных научных сессиях Воронежского государственного университета (2003-2007 гг.). Основное содержание диссертации отражено в 10 опубликованных статьях и в тезисах вышеупомянутых совещаний и конференций. Работа выполнена на кафедре полезных ископаемых и недропользования Воронежского государственного университета.

Объем и структура работы. Диссертация общим объемом 115 страниц, включая 55 страниц текста, 19 таблиц, 36 рисунков и список литературы из 73 наименований, состоит из введения, семи глав и заключения.

Некоторые вопросы и результаты исследований обсуждались с чл.-корр. РАН Н.М. Чернышовым, а также с кандидатами геолого-минералогических наук И.П. Лебедевым, В.М. Холиным. Всем перечисленным исследователям, а также своему научному руководителю профессору К.А. Савко, оказывавшему всемерную помощь и поддержку в ходе выполнения диссертационной работы автор выражает искреннюю и глубокую благодарность. Большую помощь при проведении лабораторных работ оказали сотрудники лаборатории метаморфизма ИЭМ РАН: А.Н. Конилов, О.В. Васюкова, Д.М. Султанов, А.Н. Ваккуров, Н.И. Крутова. Автор считает своим приятным долгом выразить слова благодарности М.Н. Новиковой за любезно предоставленный аналитический материал по флюидным включениям в минералах.

Автор особенно признателен доктору геолого-минералогических наук Фонареву В.И. за неизменную поддержку и огромный интерес к исследованиям, советы и критические замечания.