Привлечение U-Pb, Ar-Ar, Sm-Nd и других методов изотопной геохронологии для решения геологических задач сыграло огромную роль в выделении главных стадий развития земной коры. Каждый из этих методов имеет свои граничные условия по многим параметрам. Благодаря высокой температуре закрытия изотопной системы циркона и устойчивости к внешним воздействиям, по результатам его U-Pb изотопного датирования можно определять возраст магматических и метаморфических процессов, что послужило в свое время революционным толчком для палеогеодинамических построений, особенно в докембрии. Использование новых минералов-геохронометров при изучении докембрийских, в частности полиметаморфических, комплексов позволяет существенно улучшить понимание процессов эволюции Земли на ранних стадиях ее существования, повысить качество геологических моделей, в том числе тектонических карт, что, однако, требует понимания связи возраста датируемого минерала и геологических процессов, в ходе которых он формировался. Одним из важных и перспективных минералов-геохронометров является сфен (титанит). По результатам экспериментов температура закрытия его изотопной U-Pb системы составляет около 600-700 oС, что меньше температуры закрытия изотопной системы циркона.
Основной целью исследования являлось обоснование возможности применения U-Pb возрастов сфенов при тектоническом районировании территории и тестировании геодинамических моделей на примере Карельского кратона и Беломорского подвижного пояса Фенноскандинавского щита.
тестирование существующих геодинамических моделей на основе анализа вариаций возрастов сфенов из пород Карельского кратона и Беломорского подвижного пояса Фенноскандинавского щита.
Фактический материал
Каменный материал собран автором в ходе полевых работ лаборатории петрологии и тектоники ИГ КарНЦ РАН в период 2003-2010 гг., а также предоставлен коллегами по его просьбе. В процессе работы над диссертацией получено 25 новых U-Pb датировок сфена, изотопный состав измерен на многоколлекторном твердофазном масс-спектрометре ТРИТОН (ГЕОХИ РАН, Москва). Составлена база данных U-Pb возрастов сфенов восточной части Фенноскандинавского щита (более 100 датировок). Изучены химические составы сфенов (168) и включений в них (81) на микрозонде TESCAN (ИГ КарНЦ РАН, Петрозаводск).
Научная новизна
Впервые проведена систематизация U-Pb возрастов сфенов из архейских пород главных структур восточной части Фенноскандинавского щита. Получены новые данные об изотопном U-Pb возрасте сфенов Карельского кратона и Беломорского подвижного пояса (всего 25 определений). Показана возможность использования U-Pb возраста этого минерала в качестве индикатора границы не только между Беломорским подвижным поясом и Карельским кратоном, но и между террейнами в пределах последнего. Продемонстрирована возможность применения U-Pb геохронологии сфена в качестве дополнительного критерия при тектоническом районировании докембрийских областей и тестирования существующих геодинамических моделей их развития.
Защищаемые положения
1. В пределах восточной части Фенноскандинавского щита наблюдаются закономерные вариации U-Pb возраста сфенов: в Карельском кратоне сфены преимущественно имеют архейский возраст (2.50-2.87 млрд. лет), а в пределах Беломорского подвижного пояса - палеопротерозойский (1.74-1.94 млрд. лет), при наличии редких исключений. Резкое изменение изотопного U-Pb возраста сфена является одним из проявлений границы между неоархейским Карельским кратоном и Беломорским подвижным поясом.
2. Изотопный U-Pb возраст сфена может быть использован для тектонического районирования Карельского кратона, так как наиболее древние сфены (древнее 2.8 млрд. лет) установлены только в пределах Водлозерского террейна, в то время как сфены из пород других террейнов кратона имеют возраст 2.50-2.75 млрд. лет.
3. В Карельском кратоне возраст сфена фиксирует преимущественно стадии кратонизации земной коры (2.6-2.7 и 2.8 млрд. лет), а в пределах Беломорского подвижного пояса отражает время (1.8-1.9 млрд. лет) вывода тектонических пластин со среднекоровых глубин в приповерхностную область в ходе коллизионной стадии развития Лапландско-Кольского орогена.
Практическая значимость работы
Данные об изотопном U-Pb возрасте сфенов являются дополнительным критерием при тектоническом районировании и составлении тектонических карт, что в свою очередь может быть использовано для обоснования металлогенических провинций.
Апробация результатов исследования
Основные положения и результаты диссертационной работы обсуждались на 57-й, 58-й и 59-й научных студенческих конференциях (Петрозаводск, 2005, 2006, 2007), III и IV российских конференциях по изотопной геохронологии (Москва, 2006, Санкт-Петербург, 2009), XIV научной студенческой школе <Металлогения древних и современных океанов - 2008. Рудоносные комплексы и рудные фации> (Миасс, 2008), XIX и XX конференциях молодых ученых, посвященных памяти члена-корреспондента АН СССР К. О. Кратца (Апатиты, 2008, Петрозаводск, 2009), I и II международных научно-практических конференциях молодых ученых и специалистов, посвященных памяти академика А. П. Карпинского (Санкт-Петербург, 2009, 2011), международной конференции, посвященной памяти В. Е. Хаина <Современное состояние наук о Земле> (Москва, 2011), 63-й научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых посвященной 50-летию Института геологии Карельского научного центра РАН (Петрозаводск, 2011), Всероссийской конференции, посвященной 50-летию Института геологии Карельского научного центра РАН (Петрозаводск, 2011), научном семинаре ИГ КарНЦ РАН (Петрозаводск, 2011).
По теме диссертации опубликовано или находится в печати 16 работ, из них 1 статья в сборнике и 3 - в рецензируемых журналах.
Объем и структура работы
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка работ опубликованных по теме диссертации и списка литературы. Объем работы - 135 страниц, 25 рисунков, 3 таблицы. Список литературы содержит 150 наименований.
Во введении определена актуальность работы, сформулированы цели и задачи исследования.
В первой главе дан обзор геологического строения Фенноскандинавского щита, более подробно рассмотрены Карельский кратон и Беломорский подвижный пояс, а также некоторые опорные участки.
Во второй главе приводятся сведения о сфене: свойства, кристаллография, изоморфизм, температура закрытия его изотопной U-Pb системы, возможная геодинамическая интерпретация возрастов данного минерала. Изложены методики по подготовке сфена к датированию и по определению возраста. Представлены новые данные об изотопном возрасте 25 проб сфенов из пород Беломорского подвижного пояса и Карельского кратона.
Третья глава посвящена анализу имеющихся материалов. Приведена база данных U-Pb датировок сфенов восточной части Фенноскандинавского щита, составленная на основе личных и литературных данных. Показана возможность применения U-Pb геохронологии сфена для тектонического районирования и тестирования геодинамических моделей формирования восточной части Фенноскандинавского щита.
Благодарности
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю доктору геолого-минералогических наук, профессору А. И. Слабунову (ИГ КарНЦ РАН, Петрозаводск) за поддержку, критические замечания и постоянную помощь на всех этапах работы. Особую признательность автор выражает доктору геолого-минералогических наук Е. В. Бибиковой (ГЕОХИ РАН, Москва) за консультации по геохронологии и обсуждение проблемы, без участия которой настоящее исследование было бы невозможно. Автор признательна Т. И. Кирнозовой и М. М. Фугзан (ГЕОХИ РАН, Москва), под руководством и при участии которых были получены геохронологические результаты данной работы. Автор благодарна доктору геолого-минералогических наук О. И. Володичеву, кандидатам геолого-минералогических наук А. В. Степановой, Н. Е. Король, О. С. Сибелеву и всему коллективу лаборатории петрологии и тектоники ИГ КарНЦ РАН, а также докторам геолого-минералогических наук профессору В. В. Щипцову и С. А. Светову за ценные советы и внимание к работе. Автор благодарит докторов геолого-минералогических наук А. И. Слабунова, О. И. Володичева, В. В. Щипцова, кандидатов геолого-минералогических наук О. С Сибелева, Л. В. Кулешевич, В. А. Костина (ИГ КарНЦ РАН, Петрозаводск), доктора геолого-минералогических наук А. В. Самсонова (ИГЕМ РАН, Москва), кандидата геолого-минералогических наук Н. В. Гусеву (ИГГД РАН, Санкт-Петербург) за любезно предоставленные образцы сфенов, что позволило автору расширить коллекцию для проведения исследований.
