Раннепалеозойский гранитоидный магматизм Алтае-Саянской складчатой области и озерной зоны западной Монголии

Актуальность работы. Одна из важнейших проблем геологии Центрально-Азиатского складчатого пояса (ЦАСП) - это возрастное положение и тектоническая позиция гранитоидных батолитов. Впервые эта проблема была поставлена ЮА. Кузнецовым и А.Л. Яншиным в 1960-х годах для раннепалеозойских батолитов Алтае-Саянской складчатой области (АССО) [Кузнецов, Яншин, 1969]. Было показано, что формирование батолитов не связано с “главной фазой складчатости”, а запаздывает во времени, причем гранитоидный магматизм распространяется далеко за пределы геосинклинальных прогибов, обнаруживая пространственно-временную сопряженность с интенсивными поднятиями, сопровождавшимися заложением и развитием глубинных разломов. Эту закономерность, обоснованную геологическими данными, так и не удалось вписать в орогенно-геосинклинальную концепцию, хотя и были предприняты попытки её объяснения через модели внутриконтинентальной текто-номагматической активизации. В современных плейт-тектонических реконструкциях Центральной Азии проблема широкомасштабного гранитообразования в раннем палеозое остается дискуссионной. Одни исследователи относят эти батолиты к единой окраинно-континентальной магматической дуге, объясняя их формирование субдукционно-аккреционными процессами [Зоненшайн и др., 1976], другие - рассматривают их с позиции последовательной коллизии к Сибирскому континенту разновозрастных островодужных поясов и микроконтинентов [Моссаковский и др., 1993; Берзин и др., 1994].

Актуальность исследования раннепалеозойских гранитоидов, их возрастного положения, генезиса и геодинамической природы определяется тем, что они являются ключевыми магматическими комплексами, позволяющими определить главные рубежи и геодинамические режимы эволюции ЦАСП на раннепалеозойском этапе. Получение новой изотопно-геохимической и петрологической информации принципиально важно для понимания причин и механизмов широкомасштабного гранитообразования в структурах длительно развивавшегося складчатого пояса, оценки роли коровых и мантийных источников тепла и вещества в генерации гранитоидных магм.

Цель работы - реконструкция последовательности, условий и механизмов формирования гранитоидов на раннепалеозойском этапе эволюции ЦАСП.

Основные задачи исследований:

1) установление геологической позиции и внутреннего строения раннепалеозойских гранитоидных батолитов в различных сегментах АССО и Озерной зоны Западной Монголии;

2)  изучение минералого-петрографического и петрогеохимического состава раннепалеозойских гранитоидных ассоциаций, участвующие в строении батолитов; анализ условий формирования и вероятных источников гранитоидных магм, выявление магматических ассоциаций, являющихся индикаторными для палеогеодинамиче-ских реконструкций;

3)  проведение изотопно-геохронологических исследований (U-Pb и Ar-Ar методы) ключевых объектов с акцентом на установление: а) возрастной последовательности формирования магматических ассоциаций в том или ином батолите, б) длительности и периодичности магматических событий, в) этапов и масштабов гранитообразования в различных структурно-формационных зонах ранних каледо-нид АССО и Озерной зоны Западной Монголии на различных этапах геодинамической эволюции;

4) проведение изотопно-геохимических (Sm-Nd и Rb-Sr) исследований гранитоидов различного состава и возраста для: а) оценки характера магмообразующихсубстратов, б) выявления латеральных вариаций изотопного состава источников гра-нитоидных расплавов, в) анализа изменения Sr-Nd изотопных характеристик грани-тоидов во времени.

Фактический материал и методы исследования. Основу работы составляют материалы, собранные автором с 1983 по 2008 гг. во время полевых работах в Алтае-Саянской складчатой области (Кузнецкий Алатау, Горная Шория, Горный Алтай, Западный Саян, Восточная Тува) и в Западной Монголии (Озерная зона), и полученные по ним аналитические данные. Работа базируется на изучении более 2500 прозрачных шлифов, 1500 петрохимических и 190 редкоэлементных анализов пород, из которых 25 выполнены инструментальным нейтронно-активационным методом, 165 - методом ICP-MS, а также на результатах U-Pb и Ar-Ar датирования (более 55 проб) и изотопно-геохимического Sm-Nd (37 проб) и Rb-Sr (46 проб) исследования. Петрогенные элементы определены методом РФА на установке СРМ-25 (аналитики - А.Д. Киреев, Н.М. Глухова, Ю.П. Колмогоров ИГМ СО РАН, г. Новосибирск; Н.Ю. Царева, Т.В. Попова, Н.Н. Ухова ИЗК СО РАН, г.Иркутск). Редкие элементы определены: 1) IСP-MS на приборе Finigan Element (аналитики - И.В. Николаева, С.В.Палесский, ИГМ СО РАН, г. Новосибирск), на установке VG Plasmquad PQ-2 (аналитики СВ. Пантеева, В.В. Маркова, ИЗК СО РАН, г. Иркутск) и приборе Finigan-elemen (аналитик - И.П. Шульпяков, МГП “Анакон”, г.Санкт-Петербург), 2) нейтронно-активационным методом (аналитики - СТ. Шестель, В.С. Пархоменко, ИГМ СО РАН, г. Новосибирск). U-Pb изотопный возраст по циркону определялся: на ионном микрозонде SHRIMP-II (аналитики - Е.Н.Лепехина, А.Н.Ларионов, Д.И. Ма-туков И.П. Падерин, С.Л. Пресняков, Н.В. Родионов, СА. Сергеев, ЦИИ ВСЕГЕИ, г. Санкт-Петербург); “классическая” цирконометрия из микронавески - на масс-спектрометре TSN 206A (аналитик - Е.В. Бибикова, Т.И Кирнозова ГЕОХИ РАН, г. Москва) и многоколлекторном масс-спектрометре Finnigan MAT-261 (аналитики -А.Б. Котов, Е.Б. Сальникова, ОА. Левченков, И.В. Анисимова, А.Ф. Макеев, Н.И. Ро, СЗ. Яковлева, ИГГД РАН, г. Санкт-Петербург); катодолюминесцентные изображения получены на сканирующем электронном микроскопе ABT55 (аналитик - Ю.В. Плот-кина, ИГГД РАН, г. Санкт-Петербург). Выделение акцессорных цирконов проводилось в ИГМ СО РАН (г. Новосибирск) по стандартной методике с использованием тяжелых жидкостей и на концентраторе NELSON. Ar-Ar изотопные исследования выполнены на приборе Noble gas 5400 (аналитики - ВА. Пономарчук, А.В. Травин, ИГМ СО РАН, г. Новосибирск). Sm-Nd изотопные исследования проведены на многоколлекторном масс-спектрометре TRITON TI (аналитики - В.П. Ковач, Л.Б. Теренье-ва, ИГГД РАН, г. Санкт-Петербург) и семиканальном масс-спектрометре Finnigan-MAT-262, RPQ (аналитики - Т.Б. Баянова, СА. Серов, ГИ КНЦ РАН, г. Апатиты). Rb-Sr изотопные исследования выполнены по валовым пробам и апатиту на масс-спектрометре МИ-1201 “Т” (аналитики - ВА. Пономарчук, В.Ю. Киселева, СВ. Па-лесский, ГА. Докукина, Д.В. Семенова, ИГМ СО РАН, г. Новосибирск) и многоколлекторном масс-спектрометре TRITON TI (аналитики - В.П. Ковач, Л.Б. Тереньева, ИГГД РАН, г. Санкт-Петербург).

Защищаемые положения

1. Формирование раннепалеозойских полихронных гранитоидных батолитов АCCO и Озерной зоны Западной Монголии, происходило в возрастном диапазоне 570–440 млн. лет (U-Pb, Ar-Ar изотопные методы). Выделяется ряд возрастных рубежей гранитоидного магматизма, отвечающих двум основным геодинамическим этапам развития: островодужному - 570-560 и 550-520 млн. лет, аккрециионно-коллизионному: 510–490, 480–470, 460–440 млн. лет. Основной объем гранитообра-зования приходится на рубеж позднего кембрия-ордовика и обусловлен процессами сочленения островных дуг, задуговых бассейнов, океанических поднятий, микроконтинентов и в сочетании мощным прогревом коры за счет мантийных источников.

2. Раннепалеозойские гранитоиды Алтае-Саянской складчатой области и Озерной зоны Западной Монголии представлены породами трех петрохимических серий: толеитовой (М-тип), известково-щелочной (I-тип) и монцонитоидной (A-тип). На островодужном этапе выделяются плагиогранитоиды М- и I-типа, на аккреционно-коллизионном этапе - гранитоиды М-, I- и A-типов. На всех возрастных рубежах наиболее широкое распространение имеют плагиогранитоиды I-типа, максимум развития которых приходится на рубеж позднего кембрия-ордовика.

3. По петрогеохимическим характеристикам плагиогранитоидные ассоциации АССО и Озерной зоны Западной Монголии подразделяются на высоко- и низкоглиноземистый типы. В островодужной обстановке высокоглиноземистые плагиограниты отражают формирование кремнекислых (адакитоподобных) магм за счет частичного плавления источников близких к N-MORB в субдуцирующей океанической плите (P >515 кбар); низкоглиноземистые плагиогранитоиды формировались в результате плавления метабазитов в низах или в основании островной дуги (P < 8 кбар). В аккреционно-коллизионной обстановке формирование плагиогранитоидных ассоциаций происходило в результате плавления метабазитовых субстратов на различных уровнях утолщенной коры: высокоглиноземистых при Р > 15 кбар в ее основании, а низкоглиноземистых - в менее глубинных условиях (Р ≤ 8 кбар).

4. По изотопно-геохимическими данным (Sm-Nd и Rb-Sr методы) раннепалеозойские гранитоидные ассоциации АССО и Озерной зоны Западной Монголии имеют различные магмогенерирующие субстраты. Для плагиогранитоидов островодуж-ного этапа доминирующими были мафические источники, производные деплетиро-ванной мантии (sNcl(Т) = +7.9…+4.7, TNd(DM-2st) = 0.65-0.85 млрд. лет, (87Sr/86Sr)0 = = 0.7034-0.7046) при малом вкладе корового материала. Гранитоидные ассоциации аккреционно-коллизионного этапа, характеризуются широким диапазоном изотопных параметров (еш(T) = +6.6…+0.5, TNd(DM-2st) = 0.78-1.18 млрд. лет, (87Sr/86Sr)0 = = 0.7038-0.7096), что отражает прогрессирующий вклад докембрийских коровых источников в магмообразование.

Научная новизна. Впервые проведена петрологогеохимическая типизация раннепалеозойских гранитоидных ассоциаций для крупного региона ЦАСП, включающего Алтае-Саянскую складчатую область и Западную Монголию. На основе систематического изотопного датирования установлены главные рубежи гранито-образования в возрастном диапазоне от 570 до 440 млн. лет и обоснована их связь с двумя этапами геодинамической эволюции ЦАСП: островодужным и аккреционно-коллизионным. Доказано, что основной объем гранитоидов был сформирован на аккреционно-коллизионном этапе. Причиной широкомасштабного гранитообразова-ния служил вклад мантийных источников тепла, что доказывается субсинхронным проявлением базитового магматизма. Выделены три статистически достоверных импульса аккреционно-коллизионного магматизма: 510–490, 480–470, 460–450 млн. лет, и выявлена резкая асимметрия в масштабах гранитообразования на различных рубежах в северном Алтае-Кузнецко-Батеневско-Саянском и южном Тувино-Монгольском мегаареалах. На основании петрогеохимических и изотопных характеристик установлено резкое преобладание плагиогранитодных ассоциаций, что обусловлено преимущественно мафическим составом коры, предствленной островодужными и океаническими комплексами. Впервые показано, что близкие по составу плагиогранитоидные ассоциации островодужного и аккреционно-коллизионного этапов имеют различные изотопно-геохимические параметры, что связано с изменением характера их базито-вых источников и(или) роли корового материала в магмообразовании.

Практическая значимость. Результаты исследований могут быть использованы при средне-, крупномасштабном картировании, разработке и корректировке региональных схем магматизма, для решения петрологических задач, геодинамических реконструкций и прогнозно-поисковых работ.Апробация работы и публикации. По теме диссертации опубликовано 66 работ, включая 24 статьи в рецензируемых журналах и 2 монографии. Исследования по теме диссертации проводились в рамках планов научно-исследовательской работы ИГМ СО РАН, при финансовой поддержке РФФИ (гранты № 97-05-65961, 98-05-65266, 98-05-65294, 00-05-65309, 03-05-65081, 04-05-64443, 06-05-64767), президиума СО РАН (проект № 6.5, 13), Совета при Президенте РФ (НШ-4933.2006.5, 2715.2008.5), программы ОНЗ РАН “Геодинамическая эволюция литосферы Центрально-Азиатского пояса (от океана к континенту)”, международных проектов IGCP-420 “Continental Growth in the Phanerozoic: evidence from Central Asia” (2000-2002) и проекта по созданию геодинамической, тектонической и металлогенической карты Северной Азии (Eds. J. Nokleberg et al., 2004-2006), а также в рамках договоров о научном сотрудничестве и хоздоговоров ИГМ СО РАН с ФГУГП ”Запсибгеолсъем-ка” (Новокузнецк), Алтайской поисково-съемочной экспедицией МПР РФ (Бийск) и Красноярской геолого-съемочной экспедицией МПР РФ (Красноярск). Материалы автора использованы при создании Госгеолкарты 200/2 и 1000/3, а также представлены в виде устных докладов на Российских и международных конференциях и совещаниях: Новосибирск (1996-2004), Томск (2002-2007), Москва (1998-2007), Санкт-Петербург (2003, 2009), Екатеринбург (2009), Иркутск (2002-2008), Улан-Удэ (2008), Апатиты (2005).