НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ГЕОХІМІЇ, МІНЕРАЛОГІЇ ТА РУДОУТВОРЕННЯ

САВЕНОК Сергій Петрович

УДК 550.4

Геохімічні особливості цирконів та монацитів з льодовикових та алювіальних відкладів, як індикатори петрофонду провінцій постачання (на прикладі Східно_Європейської платформи і західної Антарктиди)

Спеціальність 04.00.02 – геохімія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата геологічних наук

Київ – 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі мінералогії, геохімії та петрографії геологічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка

Науковий керівник: доктор геологічних наук

Шнюков Сергій Євгенович

Київський національний університет імені Тараса Шевченка, геологічний факультет, завідувач кафедри мінералогії, геохімії та петрографії.

Офіційні опоненти: доктор геологічних наук

Возняк Дмитро Костянтинович

Старший науковий співробітник, завідувач відділу регіональної та генетичної мінералогії, Інституту геохімії, мінералогії та рудоутворення НАН України;

кандидат геолого-мінералогічних наук

Скобелєв Володимир Михайлович

Провідний науковий співробітник Українського державного геологорозвідувального Інституту Мінекоресурсів України.

Провідна установа: Інститут геохімії навколишнього середовища НАН

та МНС України (м. Київ).

Захист відбудеться “_28_” “_вересня_” 2006 р. о 1000 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д .203.01 при Інституті геохімії, мінералогії та рудоутворення НАН України за адресою: 03680, м. Київ-142, проспект Акад. Палладіна, .

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту геохімії, мінералогії та рудоутворення НАН України за адресою: 03680, м. Київ-142, проспект Акад. Палладіна, .

Автореферат розісланий “_23_” “_серпня_” 2006 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

кандидат геологічних наук Д.С. Черниш

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Акцесорні мінерали — другорядні кристалічні фази ендогенних систем, що контролюють поведінку рідкісних елементів в процесах петрогенезу та вибірково концентрують їх не тільки під впливом кристалохімічних факторів, але й у залежності від умов кристалізації. Циркон та, частково, монацит, можуть бути віднесені до групи найбільш розповсюджених (“наскрізних”) акцесорних мінералів (НАМ). Вони, крім загальновідомої геохронологічної інформативності, характеризуються, як і інші НАМ, закономірними варіаціями концентрацій широкого спектру елементів-домішок (Hf, Sr, Y, REE, Th, U та ін.) та існуванням стійкого зв’язку домішкового складу зі складом материнських гірських порід, який дозволяє вирішувати зворотну задачу — ідентифікувати їх тип за домішковим складом НАМ. Ці властивості в комбінації з високою стійкістю монациту та, особливо, циркону в екзогенних умовах, зумовлюють можливість їх використання для вивчення провінцій живлення уламкових відкладів, що передбачає типізацію материнських гірських порід за складом та віком, а також оцінку їх співвідношень за допомогою критеріїв, які можливо застосовувати лише при позерновому геохімічному вивченні великих теригенних популяцій (сукупностей мікрокристалів) НАМ [15, 16, 17, 19] (Шнюков, 1988, 2000, 2003; Шнюков та ін., 1989, 1991; Belousova, 2000; Belousova et al., 2002). Однак використання цих геохімічних критеріїв стримується відсутністю об’єктивної оцінки їх реальної ефективності, а також недостатньою досконалістю методичного та, в першу чергу, апаратурно-аналітичного забезпечення, до якого ставляться досить жорсткі вимоги.

Вирішення цієї проблеми дозволить широко застосувати геохімічне вивчення популяцій НАМ з алювіальних та льодовикових відкладів, що сформувались за рахунок руйнування гірських порід континентальних ділянок земної кори, які дренуються відповідними річковими та льодовиковими системами та репрезентативно їх характеризують. Більшість таких ділянок являють собою малодоступні в геологічному відношенні “закриті” регіони, у межах яких застосування прямих методів вивчення складу та історії формування геологічних утворень обмежене наявністю перекриваючого осадового чохла (платформи, докембрійські щити) та (або) існуванням сучасного покривного зледеніння (Антарктида, Гренландія). У цих випадках значення інформації, яку може надати геохімічне вивчення популяцій НАМ з уламкових відкладів, різко зростає.

Саме такими регіонами є обрані для вивчення в роботі Український щит з прилеглою частиною Східно-Європейскої платформи (СЄП) і Антарктичний півострів (АП) в Західній Антарктиді. Вони репрезентативно охарактеризовані уламковими відкладами розвинутих льодовикових та річкових систем. Результати геохімічного вивчення великих популяцій НАМ з цих відкладів, які одержані в роботі з використанням сучасної апаратурно-аналітичної та методичної бази, адекватної завданням, що вирішувались, аналогів не мають. Одержані дані, враховуючи проведену оцінку їх достовірності, для кожного з регіонів можуть розглядатися в якості важливого комплементарного доповнення до існуючих результатів застосування прямих методів дослідження.

Все це й зумовлює актуальність роботи, що підтверджується інтенсивним розвитком подібних досліджень за останні роки у провідних наукових центрах та лавиноподібним зростанням кількості відповідних публікацій (Bodet Schдrer, 2000; Belousova, 2000; Belousova et al, 2002; Phospates: Geochemical, Geobiological, and Materials Importance, 2002; Zircon, 2003; Griffin et al., 2004; Rino et al., 2004, Lizuka et al., 2005; Kemp et al., 2006 та ін.).

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась в період 1989-2006 рр. в рамках зосереджених на геохімічному дослідженні НАМ держбюджетних науково-дослідних тем № U076428, 1986-1990 рр.; № 0193U044623, 1991-1993 рр.; № U044626, 1991-1993 рр.; № 0197U003159, 1997-2000 рр.; № 01БФ049_, розділ 1, 2001-2005 рр., а також 3-х госпдоговірних тем. НДР № U076428 входила до програм РН .01 та РН .02 Держплану УРСР. НДР № 0193U044623, 0193U044626, 0197U003159 та 01БФ049_виконувались за планом науково-дослідних робіт Київського національного університету (програма “Надра”). Виконана робота узгоджена з Державною програмою “Дослідження України в Антарктиці на 2002–2010 рр.” (розпорядження Кабінету Міністрів України № р від 13.09.2001 р).

Мета і задачі досліджень. Головна мета роботи полягала у з’ясуванні геохімічних особливостей популяцій НАМ з відкладів льодовикових та річкових систем, які дренують регіони СЄП і АП. При цьому вирішувались наступні задачі:

1.

2.

3.

4.

5.

Об’єкт дослідження — популяції НАМ (циркону та монациту) з уламкових відкладів, які репрезентативно характеризують в якості природних “середніх проб” повністю або частково денудовані на теперішній час материнські петротипи провінцій постачання.

Предмет дослідження — індикаторні геохімічні особливості поодиноких зерен циркону та монациту з досліджених льодовикових та алювіальних відкладів.

Методи дослідження. До комплексу методів та методик входили:

·

·

·

·

Всі дослідження проводились в лабораторіях кафедри мінералогії, геохімії та петрографії геологічного факультету Київського університету. Детально вивчено 6 комплексних мінералого-геохімічних проб великого об’єму, для яких, крім визначення повного мінерального складу, виконано 2684 та 937 елементних аналізів (XRFпоодиноких зерен циркону та монациту відповідно. Вони й склали основу створених для регіонів СЄП та АП банків мінерало-геохімічних даних, які використані в роботі.

Наукова новизна одержаних результатів:

1. Вперше встановлена висока достовірність результатів реставрування петрофонду провінцій постачання за геохімічними особливостями великих популяцій НАМ з уламкових відкладів за допомогою комплексного застосування Hf(циркон) та Pb(циркон і монацит) критеріїв.

2. Запропоновано оригінальну методику геохімічного вивчення великих популяцій циркону та монациту з уламкових порід, а також нове обладнання для визначення концентрацій індикаторних елементів-домішок в поодиноких мікрозернах НАМ методом рентгено-флуоресцентного аналізу (XRF–MP/SG).

3. Вперше на єдиному методичному рівні систематично з’ясовані геохімічні особливості великих популяцій зерен циркону та монациту з льодовикових та алювіальних відкладів, які репрезентативно характеризують в якості природних “середніх проб” дві контрастні в геологічному відношенні провінції постачання — регіони СЄП та АП.

4. Проведена Hf-Y та Pb-Th-U систематика цирконів з досліджених відкладів вперше дала змогу одержати оцінки масових (об’ємних) співвідношень повністю або частково денудованих дотепер материнських петротипів провінцій постачання (регіонів СЄП та АП), а також охарактеризувати та зіставити зміну таких співвідношень у часі.

5. Встановлені геохімічні особливості популяцій монациту з уламкових відкладів, що характеризують регіон СЄП, надали можливість одержати принципово нову інформацію щодо існування двох дискретних етапів формування цього мінералу — не тільки відомого раніше за результатами ізотопного датування з максимум 2,0-2,2 років, але й значно молодшого з максимумом 0,5_,7 млрд. років.

Практичне значення отриманих результатів. Результати роботи дають змогу вирішувати актуальні практичні завдання, серед яких:

1.

2.

3.

Розробки автора широко використовуються у викладацькій діяльності.

Особистий внесок здобувача та фактичний матеріал. Більша частина фактичного матеріалу, всі основні результати та головні висновки дисертаційної роботи отримані автором самостійно. Частина матеріалу (проби моренних відкладів льодовиків Антарктичного півострова) була відібрана с.н.с. В.Р. Морозенком. При цьому автор дисертаційної роботи формував завдання опробування та методично його забезпечував. Результати досліджень, в яких він виступав у якості головного виконавця та формулював висновки, які вміщують наукову новизну, опубліковані у роботах [4, 15, 16-18]. Розробка автором методичного та аналітичного забезпечення досліджень відображена у роботі [3] та спільних публікаціях [5, 8, 13]. Крім цього, використані геохімічні дані для Zr, REE та цирконів з інших геологічних утворень, одержані у співпраці з С.Є. Шнюковим, О.В. Андреєвим, О.А. Бєлоусовою та іншими колегами [6, 7, 9-11, 12, 13, 14, 17, 19]. У всіх цих спільних публікаціях внесок дисертанта та співавторів носить рівноправний характер.

Апробація результатів роботи. Основні положення роботи доповідалися на: IX з'їзді Європейського Союзу Геологічних Наук (EUG Meeting, Strasbourg, France, 23-27 March 1997); науковій конференції “Актуальні проблеми геології України” геологічного факультету Київського університету (Київ, 1999 р.); міжнародній конференції “Геологія і корисні копалини Чорного моря” (Київ, 25-26 листопада 1999 р.); науковому семінарі “Проблеми прикладної геохімії” (Київ, 1-2 квітня 1999 р.); IV Всеукраїнській міжвідомчій нараді “Геологія і магматизм Українського щита” (Київ, квітень 2000 р.); 12-й конференції пам'яті К.О. Кратца “Геология и геоэкология Фенноскандинавского щита, Восточно-Европейской платформы и их обрамления” (Санкт-Петербург, Росія, 23-25 квітня 2001 р.); міжнародному симпозіумі “Metallogeny of Precambrian Shields”, Kiev, Ukraine, September 13-26, 2002; 1-й (1UAM2001, June 4-7, 2001, Kyiv, Ukraine) та 2-й (2UAM2004 June 22-24, 2004, Kyiv, Ukraine) українських антарктичних конференціях.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 19 наукових робіт (з них 11 — в наукових журналах і інших провідних фахових наукових виданнях з геологічних наук) та 8 тез доповідей на наукових конференціях.

Обсяг і структура роботи. Дисертація обсягом 111 сторінок складається із вступу, 5 розділів і висновків. Робота містить 41 рисунок, 4 таблиці і список використаних літературних джерел з 109 найменувань.

Подяки. Дисертаційна робота виконана на кафедрі мінералогії, геохімії та петрографії геологічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка під керівництвом докт. геол. наук С.Є.Шнюкова , якому автор висловлює щиру подяку за постійну увагу та важливі зауваження при виконанні роботи. Важливу наукову підтримку надали автору доц. О.В.Андреєв, с.н.с. В.О.Синицин (КНУ ім. Т.Шевченко), доц. О.В. Зінченко (ІТІГП НАНУ), докт. О.А.Бєлоусова (GEMOC, Університет Макуорі, Австралія). Виконанню прецизійних аналітичних і мінералогічних досліджень сприяли зав. лаб. О.Д.Омельчук, аспіранти О.Л.Бункевич та О.О.Андреєв, інженери О.А.Хлонь, І.І.Сотнікова, І.І.Аширова, О.Г.Вінніченко (КНУ ім. Т.Шевченко), практикантка І.О.Андреєва (НТУУ “КПІ”). Автор висловлює подяку Національному антарктичному науковому центру МОН України в особі директора В.А. Литвинова за надану можливість проведення сезонних робіт у 7-й, 8-й, 9-й та 10-й Українських антарктичних експедиціях, які виконали с.н.с. В.Р. Морозенко та доц. О.В. Омельчук при активному сприянні пров. наук. співр, докт. фіз.-мат. наук Г.П. Міліневського (КНУ ім. Т.Шевченка). Суттєві критичні зауваження та конструктивні поради надавали автору: чл.-кор. НАНУ, докт. геол.-мін. наук О.М.Пономаренко, докт. геол.-мін. наук В.М.Загнітко (ІГМР НАНУ), канд. геол.-мін. наук С.В.Бухарєв (ІГНС НАН МНСУ), докт. геол.-мін. наук О.Б.Бобров, докт. геол.-мін. наук Л.М.Степанюк та канд. геол.-мін. наук В.М.Скобелев (УкрДГРІ). Автор висловлює щиру подяку всім названим колегам.

КОРОТКИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Циркон та монацит як теригенно-мінералогічні індикатори: дослідженість та задачі вивчення

На базі проаналізованих літературних джерел та власних досліджень показано, що серед індикаторних характеристик циркону та монациту (кристаломорфологічних, колориметричних, люмінесцентних), найбільш інформативними є геохімічні [15, 17, 16, 19] (Шнюков, 1988, 2000, 2003; Шнюков та ін., 1989, 1991; Belousova, 2000; Belousova et al., 2002). Саме вони, враховуючи високу стійкість монациту та, особливо, циркону в екзогенних умовах, зумовлюють можливість використання цих НАМ для дослідження провінцій живлення уламкових відкладів. Таке дослідження (“provenance studies”) у повному варіанті передбачає типізацію материнських гірських порід за складом та віком, а також оцінку їх співвідношень [“петрофондові реконструкції” (Бергер, 1986)]. Подібна інформація в повній мірі не може бути одержана традиційними методами, які орієнтовані на використання якісного та кількісного складу мінеральних асоціацій уламкових порід та недостатньо ефективні [1, 10] (Шнюков та ін., 1991 тощо) внаслідок обмеженої інформативності перелічених ознак та їх конвергенції, зумовленої низькою стійкістю більшості мінералів в умовах далекого алювіального та льодовикового транспортування.

Для реалізації індикаторних геохімічних особливостей НАМ, що розглядаються, запропоновані Hf(циркон) та Pb(циркон і монацит) критерії, які розраховані на позернове геохімічне вивчення теригенних популяцій НАМ та надають можливість реставрування складу та віку денудованих материнських порід провінцій постачання [15, 16, 17, 19] (Шнюков, 1988, 2000, 2003; Шнюков та ін., 1989, 1991). З'ясовано, що при їх реалізації необхідно виходити з принципу — кожному зерну НАМ в популяції може відповідати власне джерело постачання (материнський петротип). Тому обов’язковими умовами застосування цих критеріїв є: 1) геохімічне вивчення популяцій НАМ на рівні їх індивідуальних зерен; 2) висока репрезентативність вивчених в кожній популяції НАМ вибірок зерен (N•100-n•1000). Ці умови ставлять жорсткі вимоги до апаратурно-аналітичного та методичного забезпечення досліджень. Зокрема, базовий аналітичний метод повинен мати високу чутливість визначення індикаторних елементів, достатню для впевненого кількісного аналізу у межах всього властивого цирконам та монацитам діапазону концентрацій. Обов’язковими його характеристиками є недеструктивність, здатність визначати масу зерна, що аналізується, відносно низька собівартість та висока експресність, достатня для формування великих банків геохімічних даних за реальний час.

Перші спроби використання запропонованих критеріїв були обмежені, головним чином, дослідженнями НАМ з прибережно-морських відкладів [1, 10, 19 та ін.] (Шнюков, 1988, 2000, 2001, 2003; Шнюков та ін., 1989, 1991, 2002). Вони принципово підтвердили перспективність критеріїв, однак не дозволили об’єктивно оцінити їх реальну ефективність, оскільки при цьому спеціально не вивчалась достовірність інформації, що одержується, на прикладі еталонних об’єктів. Саме відсутність таких оцінок, а також недосконалість методичного та апаратурно-аналітичного забезпечення стримувало геохімічне дослідження популяцій НАМ з алювіальних та льодовикових відкладів, які сформувались за рахунок руйнування континентальних ділянок земної кори, що дренуються відповідними річковими та льодовиковими системами і, як встановлено ще В.М. Гольдшмідтом та підтверджено в роботах [6, 7, 11] на прикладі Zr та LREE, репрезентативно їх характеризують.

Апаратурно-аналітичне забезпечення досліджень

Обґрунтовано вибір спеціалізованого варіанту метода енергодисперсійного рентгено-флуоресцентного аналізу (XRFmilliprobe/“single” у якості оптимального аналітичного засобу для визначення концентрацій індикаторних елементів-домішок (Hf, Y, Th, U, Pb тощо) у поодиноких мікрозернах циркону та монациту, а також принципово важливого параметру — маси (H) кожного зерна НАМ, що аналізується. Він реалізований на базі спеціально розробленого автором нового експериментального (аналітичного) обладнання [3], яке у порівнянні з попередніми версіями (Андреєв, 1992; Cheburkin et al., 1997) [5, 8] забезпечує значно кращу локальність, чутливість та точність всіх аналітичних визначень при збереженні їх високої експресності, повної недеструктивності та невисокої собівартості (рис. ). |

Рис. . Схема запропонованої установки для XRF1 _ рентгенівська трубка з Mo анодом, 2 — рентгенівська трубка з Ag анодом, 3 — кристал-монохроматор, 4 — оптичний мікроскоп, 5 — напівпровідниковий Si(Li) детектор, 6 — коліматор детектора (циліндричної форми), 7 — столик мікроскопа, 8 — коліматор джерела збудження (конічної форми), 9 — коліматор джерела збудження (циліндричної форми), 10 — зразок (мікрокристал), 11 _ характеристичне флуоресцентне рентгенівське випромінювання зразка. | В результаті досягнуті наступні аналітичні параметри. Межа визначення (МВ): Hf — 100 ppm, інші елементи — 5_ppm. Відносна похибка — 5_при концентрації елемента ?10•МВ, H ? ,5 мкг та часі вимірювання зерна ?  сек. Разом з переліченими вище якостями реалізованого XRFвони повністю відповідають вимогам роботи.

Методика досліджень

Розглянуто методи та методики одержання мінерало-геохімічних даних, а також принципи їх інтерпретації.

Фракціювання та дослідження мінерального складу. Для всіх проб великого об’єму, відібраних з льодовикових та алювіальних відкладів, вивчено гранулометричний клас 0,01-0,5 мм. Застосована загалом традиційна схема їх фракціювання, яка, проте, відрізнялась від стандартної частковою або повною відмовою від промивання проб на користь вилучення важких фракцій у бромоформі (при збереженні їх стандартної магнітної/електромагнітної сепарації). При мінералогічному аналізі фракцій широко застосовані сучасні інструментальні діагностичні та аналітичні засоби — фотолюмінісцентна (ФЛ) мікроскопія, електронно-зондовий мікроаналіз (EMP), рентгено-флуоресцентний (XRF) та рентгено-дифрактометричний (XRD) аналізи, що, зокрема, забезпечило надійну реєстрацію присутності у фракціях циркону та монациту навіть на рівні їх поодиноких зерен. Ці особливості мали принципово важливе значення для роботи, наприклад вони дозволили встановити присутність монациту в алювіальних відкладах р. Дніпро в умовах, коли стандартні процедури виявились неефективними.

Вилучення та опробування мономінеральних фракцій НАМ. Застосовані оригінальні методики [1, 10, 12, 18], які відрізнялись від традиційних: 1) використанням методу магнітогідростатичної сепарації для одержання мінеральних концентратів замість звичайного збагачення у рідині Клеричи, що виключає небажане зараження НАМ талієм, який заважає елементному аналізу зерен; 2) застосуванням ФЛ_сепарації для доведення (чистки) концентратів, що дозволяє принципово підвищити повноту вилучення циркону за рахунок використання його ФЛ в якості максимально надійної видової ознаки; 3) використанням принципу статистично випадкового відбору з мономінеральних фракцій великих за обсягом вибірок зерен (N•100—n•1000) для наступного елементного аналізу кожного з них в якості засобу одержання найбільш об'єктивної та репрезентативної геохімічної характеристики популяцій зерен НАМ. Усі процедури реалізовані на базі модифікованого електромагнітного ізодинамічного сепаратора СИМ_1 (додатково введений магнітогідростатичний режим роботи з використанням у якості робочої рідини насиченого водного розчину MnCl2, що змінює густину в магнітному полі) і стереомікроскопів МБС та МССО з модифікованими потужними УФ_освітлювачами ОСЛ_для забезпечення режимів ФЛ_сепарації і ФЛ_мікроскопії.

Аналітичні дослідження. Застосовано аналітичні методи двох груп. Перша з них була репрезентована енерго- та хвильоводисперсійним XRF [8, 13 та ін.]) і забезпечувала визначення широкого кола петрогенних та мікроелементів, в тому числі мінералоутворюючих для циркону та монациту у валових пробах досліджених уламкових відкладів, їх гранулометричних класах та мінералогічних фракціях. Межа визначення: Zr,— 10_ppm; P — 0,00n мас.%, інші петрогенні та мікроелементи — 5_та 0,01-0,1 мас.%, відповідно. Систематичні похибки визначень постійно контролювалася аналізом стандартних зразків. Друга група, призначена для елементного аналізу поодиноких зерен циркону і монациту, вигравала провідну роль у роботі та була репрезентована XRFу варіанті, адекватному її задачам та охарактеризованому у розділі . Всього проаналізовано зерен циркону — 1593 (СЄП) та 1091 (АП), монациту — 937 (СЄП), що відповідало обсягу їх вибірок, вилучених з проб уламкових відкладів. Це й забезпечило високу кінцеву репрезентативність сформованих для регіонів СЄП та АП банків мінерало-геохімічних даних.

Інтерпретація одержаних даних. Враховуючи найбільш широку розповсюдженість циркону у різних породних різновидах та більш детальну його вивченість, максимально повна інтерпретація даних з використанням обох геохімічних критеріїв (Hfта Pbбула реалізована саме для цього НАМ. На першому етапі вона полягала у: 1) систематиці зерен циркону за типами материнських порід у межах геохімічної класифікації цього мінералу в координатах Hf-Y (Шнюков и др., 1989; Шнюков, 2003) (рис. ); 2) оцінці віку (T0) зерен циркону та монациту модифікованим методом “загального свинцю” (Suzuki et al., 1991; Андреев, 1992). Кінцева мета інтерпретації передбачала вирішення двох задач: 1) виконання петрофондових реконструкцій, виокремлення та оцінку петрогенетичного навантаження головних етапів розвитку земної кори; 2) одержання ретроспективних модельних оцінок швидкості її росту у межах регіонів СЄП та АП. Вирішення першої з них здійснювалось шляхом оцінки внеску (, мас. частки) кожного з ідентифікованих типів материнських порід у зростання маси кори за кожний інтервал часу i (50 млн. р.), а для вирішення другої (побудова модельної кумулятивної кривої зростання відносної маси кори) використовувались сумарні оцінки масової частки кори, яка сформувалася за кожний такий інтервал часу () (Шнюков, 2003) [12]:

, (1)

, (2)

де ,  — вміст Zr у материнських породах, які належать до груп I-VII (рис. ), яким відповідають циркони геохімічного типу n (n = );  — сума мас (H) всіх зерен циркону такого типу; — те ж саме для зерен типу n, які за оцінкою віку (T0) відповідають інтервалу i; — маса (H) всіх зерен вибірки.

Реальна інформативність обраних критеріїв оцінки складу та віку материнських порід за геохімічними особливостями індивідуальних зерен циркону та монациту з уламкових відкладів

Встановлено, що критичним параметром в розрахунках за виразом (2) є , який, у свою чергу залежить головним чином (1) від реальної інформативності Hfта Pb(T0) критеріїв систематики цирконів. Тому у розділі була досліджена достовірність оцінки охарактеризованим (розділ ) засобом на прикладі штучного еталонного об’єкту (модельної провінції постачання), що імітує реальні провінції постачання. Комплект геохімічних даних, що їй відповідає був сформований (“штучна суміш”) шляхом об’єднання спеціально одержаних численних даних щодо мікроелементного складу зерен циркону з репрезентативних вибірок, які характеризують реальні магматичні комплекси різноманітного, але відомого складу (групи I, II, III на рис. , а) та віку. Кожному з таких “джерел постачання” були придані індивідуальні значення . Для материнських порід груп I, II та III при цьому були прийняті, як і в подальших розрахунках (розділ ), наступні кларкові концентрації Zr, еквівалентного циркону (): 112, 140 та 92 ppm відповідно.

Одержані результати розрахунків у співставленні з даними, закладеними в еталонний об’єкт (модельну провінцію постачання), наведені на рис. . Вони демонструють загалом добру узгодженість розрахованих та істинних значень . Максимальна відповідність спостерігається у випадку материнських порід групи I, циркони з яких помітно переважають у складі еталонної “штучної суміші”. Наявні розбіжності, найбільш помітні для материнських порід групи III, яка характеризується відносно низьким внеском відповідних цирконів у “штучну суміш”, пояснюються відомими недоліками оцінки віку зерен циркону (T0) методом “загального свинцю” та ще недостатньою досконалістю геохімічної (Hf-Y) систематики цього НАМ, яка має значні резерви подальшого розвитку (Шнюков, 2003). Але в цілому, проведене дослідження реальної інформативності комплексного використання Hfта Pbгеохімічних критеріїв свідчить про їх достатню ефективність за умови застосування до великих за обсягом, гарантовано репрезентативних вибірок зерен циркону. Саме такі вибірки й досліджені в роботі (розділ ) для регіонів СЄП та АП. |

Рис. . Модельна (еталонна) провінція постачання (а) і результати реставрації її петрофонду та вікової еволюції за геохімічними особливостями відповідної вибірки зерен циркону (“штучної суміші”) (б). Групі І відповідають породи полів I, V, VI та VII, групі ІІ – порди поля ІІ, групі ІІІ – породи полів ІІІ та IV (див. рис. 3).

Елементи-домішки в цирконах та монацитах з льодовикових та алювіальних відкладів Українського щита та Антарктичного півострова як джерело інформації щодо петрофонду та еволюції земної кори регіонів — провінцій постачання уламкового матеріалу

Розглянуто особливості досліджених уламкових відкладів, одержані для циркону і монациту геохімічні дані та їх інтерпретацію.

Популяції НАМ досліджені [4, 16] в композитних пробах великого об‘єму, спеціально відібраних з уламкових відкладів льодовикових та річкових систем, які дренують регіони СЄП та АП. У першому випадку (СЄП) до них відносяться несортовані глинисто-галечні моренні відклади Дніпровського зледеніння (район м. Радомишль, Житомирська область) та сучасні алювіальні відклади нижньої течії р. Дніпро (район м. Херсон), а в другому (АП) — моренні відклади кінцевих, бокових і, частково, донних морен льодовиків Hotine, Leay, Wiggins, Bussey, Lind, (Антарктичний півострів, Західна Антарктида). У випадку СЄП вивчено циркон та монацит, а у випадку АП — лише циркон (монацит у відібраних пробах не виявлений).

Циркон. Систематика зерен циркону досліджених вибірок в координатах Hf-Y (рис. ) демонструє, як і передбачалось, стабільність набору головних петротипів областей живлення — у випадку обох регіонів (СЄП та АП) серед материнських порід різко домінують найбільш розповсюджені утворення вапняково-лужного ряду різної кремнекислотності (групи I, II та III). Однак, вже на цьому рівні інтерпретації виявляються помітні розбіжності між дослідженими об’єктами, які виявляються у більш кремнекислому складі материнських порід Антарктичного півострова в порівнянні з петротипами області живлення, що охарактеризована цирконами з алювіальних та льодовикових відкладів України. Приналежність останніх, як це висвітлено у роботі, характеризує гетерогенність регіону СЄП, що співпадає з існуючими геологічними та геохронологічними даними. Але, враховуючи загалом близькі геохімічні та вікові характеристики, у подальшому розгляді в авторефераті вони об’єднані в одну вибірку. Аналогічним чином одержані для цирконів з льодовикових відкладів регіону АП дані відображають охарактеризовані у роботі розбіжності петрофонду льодозбірних басейнів, що досліджені. При формуванні об’єднаної вибірки враховано фактичне співвідношення площ льодозборних басейнів. |

Рис. . Композиції досліджених зерен циркону з алювіальних та льодовикових відкладів України (а, відповідно 1 та 2) і льодовикових відкладів АП (б) в полях класифікаційної діаграми Hf-Y. Римськими цифрами позначені композиційні поля цирконів з: I —ультраосновних, основних та без кварцових середніх порід (SiO2 <57; II — кварцвміщуючих порід середнього і помірно кремнекислого складу (57< SiO2 <73; III — гранітів підвищеної кремнекислотності (SiO2>73 ) та їх гідротермально змінених, діафторованих і альбітизованих відмін; IV — грейзенів; V — карбонатитів; VI — лужних порід, асоціюючих з ними метасоматитів (фенітів) і карбонатитів деяких типів;VII — кімберлітів. N — об’єм досліджених вибірок зерен.

Одержані оцінки віку зерен циркону методом “загального свинцю” (T0) зведені у гістограми частоти спостережень (“вікові спектри”). Вони підтверджують (рис. ) принципову вікову різницю геологічних утворень досліджених областей живлення.Така різниця в цілому узгоджується з існуючими даними для цих регіонів та, зокрема, для СЄП (рис. ,а) – з ізотопними датуваннями цирконів з корінних порід УЩ (Геохронологическая шкала докембрия…, 1989 тощо), а для АП (рис. ,б) – з ізотопними датуваннями порід, одержаних різноманітними методами (Грикуров,  тощо). Але така узгодженість виявляється лише на рівні головних максимумів на гістограмах. У той же час, звертає на себе увагу наявність цирконів з значеннями T0 < 1,5 млрд. років (СЄП) і T0 > 1,0 млрд. років (АП), причому відповідні частини вікових “спектрів” статистично добре насичені. Надійно датовані корінні породи цих вікових діапазонів у межах СЄП (УЩ) та АП на теперішній час не відомі (не охоплені геохронологічними дослідженнями). |

Рис. . Вікові “спектри” досліджених вибірок зерен циркону з алювіальних та льодовикових відкладів України (а) та льодовикових відкладів Антарктичного півострова (б) у зіставленні з даними ізотопного датування: 1 - отримані дані N=1434 (а), N=1089 (б); 2 – дані ізотопного датування цирконів з корінних порід УЩ N=307 та цирконів з Ti-Zr розсипів України N=125 (а), дані ізотопного датування корінних порід Антарктичного півострова N=147 (б).

Встановлені розбіжності між одержаними даними та результатами ізотопного датування обумовлюються, як мінімум, наступними факторами:

1.

2.

3.

4.

Одержану інформацію (рис. ), враховуючи значення факторів 2 та 3, можна оцінити як принципово нове та комплементарне доповнення до вже існуючих даних ізотопного датування корінних порід обох досліджених регіонів. При її використанні, звичайно, треба приймати до уваги можливість часткового спотворення даних під впливом факторів 1 та 4.

Для кожного з регіонів (СЄП та АП), які охарактеризовані дослідженими вибірками зерен циркону, була виконана схематична реставрація вікової еволюції земної кори, заснована на оцінках (1) внеску () ідентифікованих (рис. ) материнських порід у зростання кори за кожний інтервал часу i млн. років. Всі побудови, як і при дослідженні еталонного об’єкту (розділ ), здійснювались лише для трьох різко домінуючих породних груп (I, II и III) використовуючи прийняті раніше значення .

Одержані результати (рис. ) показують більш помітну несхожість регіонів СЄП та АП. Так, для СЄП (рис. ,а) рубіжним є етап ~2,0-2,2 млрд. років, який характеризується різким зниженням ролі відносно основних безкварцових породних різновидів (група I) та настільки ж різким зростанням внеску кремнекислих порід (група II), причому таке ж їх співвідношення загалом зберігається й далі. Дещо раніше (~2,5 млрд. років) фіксується значима поява ультракислих утворень та гідротермалітів (група III). Але внесок цих утворень, у цілому, невеликий, причому, беручи до уваги результати дослідження еталонного об’єкту (розділ ), можна припустити, що на коректність одержаної оцінки їх вікової позиції негативно впливає нарушеність Th-U-Pb систем відповідних зерен циркону. |

Рис. . Вікова еволюція регіонів СЄП (а) та АП (б) за даними дослідження вибірок зерен циркону з алювіальних та льодовикових відкладів.

Найбільш вірогідні вікові діапазони переважаючого формування утворень цієї групи можна оцінити як 1,6-2,5 та 0,4-1,5 млрд. років. Зауважимо, що у межах другого вікового діапазону їх внесок стає особливо суттєвим і досягає та навіть переважає внесок групи II.

Головною відмінністю одержаних для регіону АП даних (рис. ,б) є, крім молодого віку, значно більш кремнекислий склад корових утворень. Превалює породна група II, внесок якої починає переважати внесок групи I починаючи з рубежу ~0,8-1,0 млрд. років. Синхронно зростає й роль найбільш кремнекислих утворень групи III. Такі результати інтерпретації відповідають даним прямих спостережень (Грикуров, 1973, Бахмутов, 1998).

Принципові відмінності виявились і у ретроспективних модельних оцінках швидкості зростання відносної маси кори, які одержані за виразом (2) для регіонів СЄП та АП. Відповідні кумулятивні криві (рис. ) демонструють:

- для зрілої континентальної кори СЄП — відносно повільне зростання маси у діапазоні >3 млрд. років, а потім приблизно постійну і високу швидкість росту у діапазоні ~1-3 млрд. років з наступним закономірним її зниженням;

- для молодої кори регіону АП — початок інтенсивного росту, що постійно прискорюється, тільки починаючи з рубежу ~0,8-1 млрд. років.

На рис. також відзначується, що модельна крива росту кори регіону СЄП, одержана за даними дослідження відповідної вибірки зерен циркону, помітно відрізняється від моделі росту континентальної кори, запропонованої Тейлором та Мак-Леннаном, і багатьох інших (Тейлор и Мак-Леннан, 1988 тощо). Але вона досить добре узгоджується з кривою, побудованою (Rino et al., 2004) для репрезентативної (N ) вибірки зерен цього НАМ з алювіальних відкладів рік Амазонка, Міссісіпі та Маккензі, які дренують більшу частину докембрійських утворень Північно- та Південноамериканського континентів. Більш того, одержана модельна крива узгоджується з кривою, розрахованою автором за даними О. Бєлоусової та В. Гриффіна (Цымбал и др., 2005) для цирконів з популяцій титан-цирконієвих розсипів УЩ не зважаючи на їх значно меньшу статистику (N ). (В обох випадках застосовані Pb-Pb та U-Pb датування зерен, проаналізованих методом LA; їх маса не визначалась та в розрахунках не використовувалась.) Закономірно, що одержана для СЄП крива, як наводилось раніше [18], узгоджується й з аналогічною схематичною кривою, побудованою [12] (Шнюков, 2003) для великого сегменту континентальної кори за результатам дослідження вибірки (N ) теригенних цирконів з популяцій переважно морських уламкових відкладів. До всіє групи “цирконових” кривих наближується модель росту континентальної кори McCulloch(1994), яка використовує Smмодельний вік порід, розповсюдженість їх по площі на сучасному ерозійному рівні у якості оцінки об’ємних співвідношень. Це свідчить на користь реалістичності побудов, виконаних в роботі не тільки для регіону СЄП, але й для АП. |

Рис. . Криві росту земної кори регіонів СЄП та АП за даними дослідження вибірок зерен циркону. Для порівняння наведені криві, одержані для цирконів з розсипів УЩ [Belousova & Griffin (Цымбал и др., 2005)] (Bі відкладів рік Амазонка, Міссісіпі та Маккензі (Rino et al., 2004) (R), а також відомі моделі McCulloch & Bennett (1994) (MТейлора та Мак-Леннана (1988) (T | Зауважимо, що узгодженість “цирконових” кривих очевидно пояснюється єдиною схемою розвитку континентальної кори різних регіонів та досить високою об’єктивністю оцінки об’ємних співвідношень денудованих петротипів, що забезпечується використанням циркону (провідного НАМ) як головного носія інформації. У випадку одержаних для СЄП та АП кривих ця принципова перевага підсилюється врахуванням оцінок маси зерен та значень ідентифікованих материнських породних груп. Але її повна реалізація потребує переходу від оцінок “віку кристалізації” (T0, Pb-Pb та U-Pb) до комплексного використання U-Th-Pb та Lu-Hf ізотопних систем цирконів з одержанням модельних вікових оцінок (“вік привнесення речовини в кору”). Це можливо [12, 18, 17] (Шнюков, 2003) лише за умови раціонального комплексування використаної в роботі версії XRF-MP/SG з локальними мас-спектрометричними методами (LA-ICP-MS). Останні, при всіх перевагах, мають велику собівартість, не дозволяють аналізувати найбільш дрібні зерна циркону та інших НАМ, які часто домінують у реальних популяціях, та не забезпечують інструментальної оцінки їх маси в ході рутинного аналізу.

Монацит. У пробах з льодовикових відкладів АП монацит не виявлено, але він був виявлений у пробах, відібраних з алювіальних та льодовикових відкладів України. Близькість вікових “спектрів” зерен монациту з цих проб дозволила поєднати їх у єдину вибірку (N ), що репрезентативно характеризує регіон СЄП.

Її вивчення [4] дозволило одержати принципово нову інформація про наявність двох дискретних вікових етапів інтенсивного формування цього мінералу з максимумами, відповідно, 2,0-2,2 та 0,5_,7 млрд. років на протязі еволюції континентальної земної кори цього регіону (рис. ).

Перший з них (максимум 2,0-2,2 млрд. років), відомий раніше за результатами ізотопного датування монациту з корінних порід УЩ (Щербак и др., 1978, 2006; Геохронологическая шкала докембрия…, 1989 тощо), відповідає цілому ряду важливих геологічних подій глобального характеру, які суттєво модифікували континентальну земну кору (наприклад, інтенсивний розвиток калієвого гранітоїдного магматизму та мігматизації, формування