Морфология, строение и состав циркона из метапесчаников алькесвожской толщи (Приполярный Урал)

Многочисленные проявления золоторудной минерализации на Приполярном Урале приурочены к расположенной в основании разреза уралид метатерригенной алькесвож-ской (Є3–O1al) толще. Континентальные аль-кесвожские отложения, выполняющие депрессии допалеозойского рельефа, с несогласием залегающие на породах рифейско-вендского фундамента и локально сохранившихся образованиях коры выветривания по ним (kv Є), перекрываются прибрежноморскими отложениями обеизской (O1ob) свиты (рис. 1). Алькесвожская толща сложена метаморфизованными косослоистыми песчаниками, гравелитами и конгломератами с прослоями и линзами сланцев. Для всех литологических типов отложений аль-кесвожской толщи характерно присутствие в цементе и обломочной части продуктов разрушения коры выветривания. Мощность алькесвожских отложений изменяется от первых метров до 140–150 м в тальвегах палеодепрессий (Ефанова, 2001). Вне пределов палеодепрессий алькесвожская толща выпадает из разреза и обеизские конгломераты залегают непосредственно на породах ри-фейско-вендского фундамента. Проводившееся в 90-х годах прошлого века интенсивное изучение алькесвожской толщи было обусловлено ее золотоносностью и направлено преимущественно на исследование собственно золота и закономерностей его распределения орудениения (Ефанова, 2001; Ефанова, Повонская, 1999; Ефанова и др., 1999; Козырева, Швецова, 1998; Козырева и др., 2002; Кузнецов и др., 2001; Озеров, 1996; Озеров, 1998; Юдович, Ефанова, 2002; и др.).

Рис. 1. Схема расположения разреза и схематическая геологическая карта хр. Малдынырд. Составлена по материалам Л.И. Ефановой (2002 г.) и В.С. Озерова (2005 г.): 1 – современные аллювиальные отложения; 2 – ранне-среднеордовикские отложения саледской свиты: песчаники, алевролиты, сланцы; 3 – раннеордовикские отложения обеизской свиты: конгломераты, гравелиты, песчаники, кварцитопесчаники; 4 – позднекембрийско-раннеордовикские отложения алькесвожской толщи: алевролиты, песчаники, гравелиты с линзами конгломератов; 5 – кембрийские метаморфизованные коры выветривания: сланцы; 6 – позднерифейско-вендские вулканогенные породы саблегорской свиты: риолиты, туфы и лавобрекчии кислого состава; 7 – манарагский комплекс: позднерифейско-вендские метадолериты, метагаббро; 8 – малдинский комплекс: вендские риолиты, риолитовые порфиры; 9 – границы стратиграфических подразделений (a), разрывные нарушения: установленные (b), предполагаемые (c); 10 – место отбора пробы

Петрографический и минералогический состав слагающих алькесвожскую толщу горных пород подробно охарактеризован Л.И. Ефановой (2001), обобщившей результаты поисково-разведочных работ. Проведенное нами U/Pb-датирование детритовых цирконов из метапесчаников алькесвожской толщи позволило установить, что они сформировалась не ранее, чем в позднемкембрии-раннем ордовике (Никулова, Хубанов, 2022). В составе алькесвожских метапесчаников преобладают продукты разрушения магматических комплексов различных стадий формирования тиманид-протоуралид. Это могли быть близкие по времени образования кислые и основные вулканиты саблегорской свиты, ассоциирующие с ними гранитоиды и интузивные образования.

Различия в величине Th/U и Zr/Hf отношений в детритовых цирконах отражают различия в субстрате материнских по отношению к ним пород и используются для установления источников обломочного материала метаморфических и осадочных комплексов (Вотяков и др., 2011; Каулина, 2010; Романюк и др., 2018; Пыстин, Пыстина, 2018, 2019).

Объект и методы исследования

Проба среднезернистого розовато-серого слюдистого метапесчаника алькесвожской толщи (обр. АЛ 4) отобрана в коренном выходе (65°23 ' 66 '' с.ш., 60°26 ' 67 '' в.д.) на восточном склоне хр. Малдынырд (рис. 1). Морфологические особенности и химический состав цирконов изучены в ЦКП «Геонаука» Института геологии Коми НЦ УрО РАН (г. Сыктывкар) с помощью сканирующего электронного микроскопа TESCAN VEGA3 LMH c энерго-дисперсионной приставкой X-MAX 50 mm Oxford instruments при ускоряющем напряжении 20 кВ, диаметре зонда 180 нм, области возбуждения до 5 мкм и сканирующего электронного микроскопа JSM–6400 с энергетическим спектрометром Link, с ускоряющим напряжением и током на образцах – 20 кВ и 2х10^–9 A соответственно и сертифицированными стандартами фирмы «Microspec». Для получения катодолюминесцентного изображения цирконов был использован СЭМ ThermoFischer Scientific Axia ChemiSEM с выдвижным детектор катодолюминесценции RGB с диапазоном обнаружения длин волн: 350–850 нм.

Определение Th/U отношения в цирконах выполнено методом лазерной абляции на масс-спектрометре высокого разрешения Element XR (Thermo Fisher Scientific), соединенном с приставкой для лазерного прибора UP-213 с длиной волны излучения 213 нм (New Wave Research) в ЦКП «Геоспектр» Геологического института им. Н.Л. Добре-цова СО РАН, г. Улан-Удэ. Диаметр лазерного пучка составлял 30 мкм при плотности потока энергии около 4–4.5 Дж/см–2. В качестве внешнего стандарта использовался эталонный циркон 91500 с Th/U = 0.344 (Wiedenbeck et al., 1995). Расчет Th/U проводился по отношению значений масс-спектрометрических сигналов (cps) изотопных масс 232Th и 238U. При проведении измерений выстраивалась следующая аналитическая последовательность: в начале и в конце – по два измерения эталонного циркона, используемого в качестве внешнего стандарта (91500), и по одному измерению двух контрольных эталонов (Plešovice и GJ-1), далее через каждые пять измерений неизвест- ных цирконов проводилось по одному измерению всех трех эталонов. Обработка выполненных измерений проводилась в программах GLITTER (Griffin et al., 2008) и Gtail (Буянтуев. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2020615366, ГИН СО РАН).

Характеристика цирконов

В изученной выборке наибольшее количество зерен представляет интервал 479±7– 654±7 млн лет, в пределах которого выделяются позднекембрийско-раннеордовикская (479±7–512±5 млн лет), вендско-раннекембрийская (523±5–555±6 млн лет) и позд-нерифейская (584±6–654±7 млн лет) популяции (рис. 2, таблица). Единичные зерна имеют датировки в интервалах 974±10–1289±55 и 695±31–1347±34 млн лет. Для трех зерен установлен палеопротерозойский возраст – 1924±29, 1951±42 и 2379±26 млн лет. Наиболее древний возраст имеет зерно с мезоар-хейской (3068±24 млн лет) датировкой.

Среди детритовых цирконов позднери-фейско-раннеордовикского интервала около 40% составляют неокатанные и слабоока-танные дипирамидально-призматические кристаллы с гранями тетрагональной призмы и дипирамиды (К удл 1.5–2.0) зерна размером 150–220 μm (рис. 2, зерна 67, 20 и 27). Около 25% приходится на тетрагональные и короткопризматические кристаллы с хорошо сохранившимися гранями и слегка сглаженными ребрами (К удл. 1.4–1.8) размером 120–150 μm (рис. 2, зерно 41 и 49). Неокатанные и слабоокатанные удлиненно-призматические кристаллы (К удл 2.1–2.7) размером 230– 300 μm составляют около 15% (рис. 2, зерно 101). Примерно 10% зерен размером 90– 150 μm хорошо окатанные, имеют округлую (К удл 1.0–1.3) и овальную (К удл 1.3–1.5) форму (рис. 2, зерно 52), иногда с реликтами ребер дипирамиды и граней призмы (рис. 2, зерно 97). Около 10% приходится на обломки зерен и кристаллов, образовавшиеся при дроблении породы. Совместное нахождение в метапесчанике нескольких морфологических разновидностей циркона предполагает их поступление из различных источников.

Рис. 2. Диаграммы зависимости величины Th/U и ZrO 2 /HfO 2 в цирконах из песчаников алькесвожскй толщи от возраста этих зерен

Отношения Th/U в изученных зернах циркона варьируют в широких пределах – от 0.29 до 2.17, а на диаграмме зависимости величины Th/U от их возраста фигуративные точки всех трех выделенных популяций позднерифейско-раннеордовикского возраста образуют поля, соответствующие различным по происхождению цирконам (рис. 2). На диаграмме фотографии морфологических типов цирконов. Цирконы из различных групп имеют близкий состав и содержат (мас. %) ZrO 2 62.06–66.17, SiO 2 32.59–36.21, HfO 2 0.64–1.92 (табл.).

Полученные значения отношения Th/U присущи широкому спектру горных пород магматического и метаморфического происхождения. Широкий разброс значений отношения Th/U в изученных цирконах отражает поликомпонентный состав источников обломочного материала. Зерна циркона со значениями Th/U<0.5 характерны для метаморфических пород низких ступеней метаморфизма (Kirkland et al., 2015), а Th/U>1.5. может свидетельствовать о происхождении зерен циркона из мафических или высокометаморфи- зованных пород (Kaczmarek et al., 2008; Linnemann et al., 2011; Wanless et al., 2011).

Большинство фигуративных точек цирконов позднекембрийско-раннеордовикской и вендско-раннекембрийской популяций расположены в интервале со значениями 0.5

Таблица. Обобщенные данные по значениям отношений Th/U и ZrO 2 /HfO 2 для различных возрастных интервалов детритовых цирконов алькесвожской толщи

Возраст	Группа	Si	Zr	Hf	Th/U	Zr/Hf
479±7–512±5	I	34.0 – 35.86 34.81	62.48 – 65.43 64.18	0.95 – 1.93 1.37	0.53–0.82 0.66	33–69 49
	II	34.19 – 35.59 34.75	63.05 – 65.2 64.22	0.81 – 1.21 1.03	0.93–1.79 1.38	52–80 63
523±5–555±6	III	33.24 – 35.97 34.52	62.06 – 66.15 64.33	0.69 – 1.94 1.24	0.44–0.75 0.60	32–92 55
	IV	33.08 – 36.21 34.14	63.18 – 65.38 64.49	0.92 – 1.52 1.26	0.84–0.96 0.89	43–70 53
	V	32.59 – 35.72 34.35	61.77 – 65.87 64.06	0.88 – 1.45 1.12	1.03–1.97 1.36	43–72 59
584±6–654±7	VI	33.12 – 36.11 34.60	62.88 – 66.17 64.25	0.65 – 1.79 1.25	0.37–0.76 0.60	35–99 56
	VII	35.60 – 36.14 35.80	62.81 – 64.39 63.56	0.89 – 1.11 1.02	0.99–1.28 0.89	58–71 63
	VIII	33.17 – 35.54 34.33	63.72 – 64.75 64.21	1.11 – 1.69 1.30	1.28–2.17 1.36	38–57 50
1091±36±3067±24	IX	33.44 – 35.72 34.53	63.68 – 65.08 64.07	0.64 – 1.43 1.18	0.29–0.64 0.46	45–100 58
	X	33.73 – 35.29 34.77	63.72 – 64.68 64.33	0.86 – 1.75 1.33	0.94–1.41 1.14	36–75 53

Присутствие в составе этой популяции зерен с относительно хорошо сохранными кристаллографическими формами объясняется тем, что в алькесвожском метапесчанике они входили в состав обломков пород и были извлечены из них при дроблении пробы. Высокие значения отношения Th/U могут свидетельствовать о присутствии в алькесвожском метапесчанике продуктов разрушения древних высокометаморфизованных образований няртинского комплекса (Пыстин, Пыстина, 2019).

Важной характеристикой, отражающей состав исходных магматических пород, считается отношение ZrO 2 /HfO 2 , значения которого, превышающие 95, характерны для мафических, 57–95 – коровых пород, отношение ZrO 2 /HfO 2 в гранитах может составлять 35–45 (Ляхович, 2000). Для большинства исследованных зерен циркона характерно умеренное или повышенное содержание Hf и отношения ZrO 2 /HfO 2 , типичные для цирконов из кислых магматических и слабо метаморфизованных осадочных пород (рис. 2, табл.).

Почти все цирконы с донеопротерозой-скими датировками представлены хорошо окатанными изометричными или овальными зернами (рис. 2). В СL-изображении для них характерна неравномерная окраска в различных оттенках серого цвета, в которой сочетаются участки с прослеживающейся зональностью и пятнисто окрашенные незональные участки. Такой характер CL-изображения считается результатом метаморфической переработки (Corfu et al., 2003).

В возрастной популяции 584±6 – 654±7 млн лет, наиболее вероятным источником обломочного материала для которой были вулканиты нижней подсвиты саблегорской свиты и прорывающие их тела базитов манарагского ( β RF 3 –V) комплекса, цирконы представлены короткопризматическими, в том числе с развитыми дипирамидами, субидиоморфными кристаллами (рис. 2).

Большинство неокатанных призматических цирконов с хорошо проявленной CL-зональностью из вендско-раннекембрийской популяции (555±6–523±5 млн лет) соответствует времени образования гранито-идов сальнерско-маньхамбовского (γV3–Є1) комплекса Малдинского и Народинского массивов (Соболева, 2004, 2020). Отмеченные у нескольких неокатанных кристаллов, попавших на диаграмме в поле V, значения Th/U>1 могут указывать на происхождение из основных интрузивных пород второй фазы внедрения сальнерско-маньхамбовского комплекса (Удоратина и др., 2006).

Риолиты верхней подсвиты саблегорской свиты могли быть источником цирконов популяции 512±5 – 479±7 млн лет, фигуративные точки которых на диаграмме (рис. 2) расположены в поле I. Они представлены неокатанными и слабоокатанными призматическими, часто с гранями дипирамиды, кристаллами с четкой CL-зональностью.

Заключение

Результаты проведенного изучения морфологических особенностей, внутреннего строения и состава детритных цирконов из песчаников алькесвожской толщи позволяют предположить, что большинство цирконов являются первично-магматическими зернами первого цикла выветривания. Их источником являлись близкие по времени образования подстилающие или расположенные поблизости кислые и основные вулканиты магматических комплексов различных стадий формирования тиманид-протоуралид и ассоциирующие с ними гранитоиды и интрузивные образования. Незначительная часть хорошо окатанных цирконов с дорифейскими датировками может происходить из рифейских метаосадочных образований, в свою очередь унаследовавших его из пород древнего фундамента Восточно-Европейской платформы.

Работа выполнена в рамках тем государственного задания ИГ ФИЦ Коми НЦ УрО РАН (№ 122040600012-2 и 122040600013-9) и ГИН СО РАН (№ АААА-А21-121011390002-2).