Две эпохи гранитизации и магматизма в Украинском щите

1. Несмотря на то что граниты Украинского щита изучались многими исследователями, до сих пор остается дискуссионным такой важный вопрос, как стратиграфическое положение основных типов гранитов в разрезе щита.

В настоящей статье освещены результаты сравнительного изучения гранитов и мигматитов двух районов щита — Волыно-Подолии и центральной части Среднего Приднепровья. Сравнение производилось по таким признакам, как геологическое положение основных типов гранитов, особенности минерального состава гранитов и отдельных породообразующих минералов, ассоциации акцессорных минералов и особенности состава индивидуальных минералов, абсолютный возраст, определенный свинцово-изотопными методами (цифровые данные возраста обработаны алгебраическими и графическими методами). Все это позволило выделить две эпохи гранитизации и магматизма, значительно разорванные во времени, проявившиеся в различных районах, но имеющих много общих черт. Ранняя из них проявилась в Приднепровье, поздняя — в Волыно-Подолии.

2. В Волыно-Подольском районе, охватывающем обширную территорию междуречья Тетерева — Росси — Южного Буга, выделяются три группы гранитов: 1) чудново-бердичевские, или бердичевские, и гранатовые мигматиты; 2) подольские аплито-пегматоидные и 3) житомирские.

Чудново-бердичевские граниты представляют собой специфические образования. Характерными чертами этих гранитов и гранатовых мигматитов являются неоднородная текстура (от массивной до тонкополосчатой), присутствие граната, кордиерита и графита, постоянный качественный и резко меняющийся количественный минеральный состав. Особенно меняется количественное соотношение породообразующих минералов в теневых мигматитах, в которых часто наблюдается неравномерное пятнистое распределение меланократовых полос существенно гранат-биотитового состава и лейкократовых — преимущественно полевошпатового состава. Чудново-бердичевские граниты являются автохтонными образованиями, о чем свидетельствуют следующие данные. Во-первых, эти граниты картируются широкими полосами, чередующимися с биотит-гранат-плагиоклазовыми гнейсами. Типично интруивные тела среди чудново-бердичевских гранитов не известны. Во-вторых, минеральный состав чудново-бердичевских гранитов близок к составу вмещающих гнейсов. Как в тех, так и в других присутствует гранат, силлиманит, кордиерит и графит. В-третьих, контакты между чудново-бердичевскими гранитами и вмещающими гнейсами постепенные, нечеткие.

Подольские аплит-пегматоидные граниты пространственно тесно связаны с биотит-гиперстен-олигоклазовыми мигматитами (чарнокиты) и гранатовыми мигматитами. Характерной особенностью их является то, что в пределах одного обнажения на незначительном протяжении они переходят от мелкозернистых в пегматоидные. Главными породообразующими минералами этих гранитов являются калиевый полевой шпат, голубоватый кварц, олигоклаз, биотит. Изредка присутствуют альмандин и гиперстен. Залегают подольские аплит-пегматоидные граниты преимущественно в виде согласных, реже секущих, тел незначительных размеров (рис. 1). Секущие тела представлены обычно пегматоидными разновидностями. Контакты между телами гранитов и вмещающими породами в большинстве случаев четкие. Лишь в тех случаях, когда граниты контактируют с гиперстен-олигоклазовыми мигматитами, переходы между этими породами постепенные. Мигматиты обогащаются ортоклазом, а в гранитах сохраняются реликтовые зерна гиперстена, по которому развивается биотит. Среди подольских аплит-пегматоидных гранитов имеются как интрузивные, так и метасоматические образования.

В районе Житомира известны выходы плагиоклаз-микроклиновых гранитов, получивших название житомирских. Среди них выделяются три фациальные разновидности: 1) серые равномернозернистые — собственно житомирские; 2) серые порфировидные, называемые кировоградскими, и 3) розовые аплит-пегматоидные. Эти разновидности тесно связаны в генетическом отношении — в пределах одного массива между ними наблюдаются постепенные переходы. Граниты образуют незначительные по размерам тела, морфология которых обусловлена тектоникой вмещающих пород. Характерным для этих гранитов является то, что полевой шпат в них представлен решетчатым микроклином и наряду с биотитом всегда присутствует мусковит. Житомирские граниты в виде согласных и секущих жил довольно часто наблюдаются в гнейсо-мигматитовой толще и гранатовых мигматитах. Розовые аплит-пегматоидные граниты житомирского типа самостоятельных больших тел не образуют. Они встречаются в виде полос или «шлировидных» выделений среди серых равномернозернистых гранитов.

В Приднепровском районе, охватывающем полосу вдоль Днепра от Днепропетровска до Запорожья, главную роль в геологическом строении играют мигматиты и автохтонные гранитоиды (плагиограниты и гранодиориты), связанные между собой близостью петрографического состава и постепенными переходами. Менее распространены розовые аплит-пегматоидные граниты и серые равномернозернистые граниты р. Мокрой Московки.

По минеральному составу выделяются следующие разновидности мигматитов: биотит-плагиоклазовые, биотит-микроклин-плагиоклазовые, роговообманково-плагиоклазовые и роговообманково-микроклин-плагиоклазовые. Плагиограниты и гранодиориты залегают среди мигматитов и гнейсов в виде согласных тел с нечеткими контактами. Характеризуются они массивными и гнейсовидными текстурами с участками полосчатых и теневых мигматитовых текстур. Нередко для них характерна полосчатость за счет согласных прожилков микроклина. Плагиограниты и гранодиориты обладают всеми признаками синорогенных автохтонных образований подвижной зоны. Об этом свидетельствует конкордантное положение тел этих пород по отношению к структурным элементам вмещающей толщи, конформное соотношение элементов внутренней структуры тел с контактовыми ограничениями, отсутствие эруптивных контактов, согласное положение останцов и ксенолитов, а также ряд других признаков.

Розовые аплит-пегматоидные граниты днепровского типа развиты на всей описываемой территории Приднепровья. Характерной чертой их является то, что они не образуют крупных массивов, а почти везде встречаются среди мигматитов и гнейсов в виде различных по размерам согласных или секущих жил, шлирообразных неправильной формы тел, а также отдельных нечетко оконтуренных зон их интенсивного развития. Геологические данные свидетельствуют о тесной связи розовых аплит-пегматоидных гранитов с вмещающей толщей мигматитов и плагиогранитов. He вызывает сомнения сингенетический характер многих согласных жил аплит-пегматоидного состава. Что же касается несогласных тел аплит-пегматоидных гранитов, то их, по нашему мнению, также нет оснований значительно отрывать во времени от главных фаз складчатости и синхронных ей процессов мигматизации. В этих гранитах преобладают микроклин, кварц, кислый плагиоклаз. Темноцветных минералов содержится сравнительно мало; представлены они обычно биотитом и реже роговой обманкой.

Восточнее г. Запорожья в бассейне р. Мокрой Московки расположен массив равномернозернистых серых и розовато-серых гранитов, известных под названием янцевских или мокромосковских. Эти граниты по минералого-геохимическим особенностям существенно отличаются от плагиогранитов и мигматитов вмещающей толщи, по отношению к которым они, бесспорно, являются более поздними образованиями. Характер контактов и соотношение структурных планов мокромосковских гранитов и вмещающей толщи также свидетельствуют об интрузивном залегании этого массива гранитов. Главные породообразующие минералы мокромосковских гранитов — плагиоклаз (альбит-олигоклаз), микроклин, биотит. Наблюдаются многочисленные случаи замещения плагиоклаза микроклином, однако реакционные соотношения между этими минералами свидетельствуют скорее о прерывистости процесса кристаллизации расплава, а не о микроклинизации, связанной с молодыми розовыми гранитами.

При сравнении геологических условий залегания гранитоидов указанных районов видно, что аналоги каждой группы Волыно-Подолии можно найти в Приднепровье. Выделяется три группы гранитов: I — мигматиты и автохтонные граниты; II — аплит-пегматоидные граниты; III — житомирские и мокромосковские граниты. В пределах каждой группы близость петрографического состава гранитов подчеркивается также особенностями химизма некоторых породообразующих минералов, в частности биотитов, самая высокая железистость которых (62—75%) характерна для гранитов III группы, а более низкая (41—52%) — для гранитов I и II групп.

3. Выделенные группы гранитов характеризуются определенными ассоциациями акцессорных минералов. В гранатовых мигматитах, плагиогранитах и чудново-бердичевских гранитах присутствуют монацит, циркон, магнетит и апатит. В плагиогранитах и аплит-пегматоидных гранитах Приднепровья наряду с указанными минералами встречается ортит, а в житомирских и мусковитизированных разностях мокромосковских гранитов — торит. В целом ассоциации минералов гранитов Волыно-Подолии и Приднепровья в пределах каждой группы достаточно близки.

Более резкие отличия устанавливаются в химическом составе и кристаллооптических свойствах одних и тех же акцессорных минералов, относящихся к различным группам гранитов, а также для акцессорных минералов одной группы гранитов из различных районов. Для монацитов эти отличия хорошо выражаются такими характеристиками, как отношение сумм цериевой и иттриевой групп редкоземельных элементов (табл. 1) и отношение весовых содержаний тория к урану (табл. 2). Как для Волыно-Подолии, так и для Приднепровья выдерживается общая тенденция количественного увеличения редкоземельных элементов в монацитах при переходах от первой к третьей группе гранитов. Наиболее высокие величины ториево-урановых отношений характерны для монацитов аплит-пегматоидных гранитов (порядка 100), а самые низкие (порядка 10) — для монацитов чудново-бердичевских гранитов.

Детальные микроскопические исследования по выявлению взаимоотношений между акцессорными и породообразующими минералами показали, что монацит и циркон в гранитах не являются реликтовыми образованиями, а выделились после кристаллизации полевых шпатов и биотитов. Наиболее четко эти взаимоотношения наблюдаются для аплит-пегматоидных гранитов Волыно-Подолии метасоматического характера. В них устанавливается следующая последовательность минералообразования: микроклинизация — слюдообразование — альбитизация — выделение акцессорного монацита — окварцевание. Микроклин развивается по плагиоклазу, альбит — по микроклину, а мелкоагрегатный кварц выполняет межзерновое пространство или трещины. Выделение акцессорных монацита и циркона синхронно альбитизации или следовало непосредственно после нее.

В морфологическом отношении кристаллы чаще всего изометричной или удлиненной формы, реже — с четкими кристаллографическими ограничениями. Иногда в них наблюдаются отчетливо проявленные полисинтетические двойники.

Таким образом, установленная последовательность минералообразования дает основание считать, что выделение монацита и циркона в аплит-пегматоидных гранитах Волыно-Подолии происходило по мере уменьшения активности щелочей и одновременного возрастания кислотности гранитизирующих растворов.

4. Для выяснения возрастных взаимоотношений рассмотренных групп гранитов были использованы определения абсолютного возраста по акцессорным минералам (в основном по монацитам), выполненные свинцово-изотопными методами (см. табл. 2). Для гранитоидов Приднепровья эти определения дают цифровые значения порядка 2500—3100 млн. лет, для гранитов Волыно-Подолии — 1700—2300 млн. лет. По полученным значениям абсолютного возраста оказалось невозможным провести какие-либо четкие возрастные границы между отдельными группами гранитов в пределах одного района, даже если брать за основу значения возраста, получаемые по «наиболее достоверному» для данного минерала отношению (например, Pb208/Th232 для монацитов). Ho при сопоставлении значений абсолютного возраста все же заметна общая тенденция к уменьшению его при переходе от I группы к III как для гранитов Волыно-Подолии, так и Приднепровья.

Наиболее достоверные значения абсолютного возраста для каждой из групп, а также причины расхождения между значениями возраста по различным отношениям могут быть определены при помощи различных графических и алгебраических методов. Наиболее простым методом, обладающим наименьшими погрешностями, является свинцово-изохронный, заключающийся в вычислении уравнения изохроны в системе координат (Pb207/Pb204, Pb206/Pb204) по экспериментально определенным содержаниям изотопов Pb204, Pb206 и Pb207 в группе образцов одинакового генезиса. Величина наклона полученной изохроны будет определять возраст такой группы образцов. Одно из основных требований данного метода тождественность изотопного состава примесного (обыкновенного) свинца, так как искажение его, например, в результате захвата образцами различных количеств какого-нибудь более старого радиогенного свинца нарушает прямолинейную зависимость в данной системе координат и делает метод неприменимым.

Изотопный состав захваченного радиогенного свинца при условии отсутствия каких-либо процессов, приводивших к потере или привносу свинца или урана в минералах, или, наоборот, время однократного проявления такого процесса при отсутствии захваченного более старого радиогенного свинца можно определить путем построения изохроны в системе координат

Для построения и расчета уравнений изохрон использовался метод наименьших квадратов. При определении погрешностей коэффициентов, полученных таким образом уравнений изохрон, принимались следующие относительные погрешности измерявшихся изотопов свинца: при содержании более 1% — 0,02; от 1 до 0,1% — 0,1; от 0,1 до 0,01% — 0,2. Относительные погрешности констант распада λ238 и λ235 принимались равными соответственно 1,95*10в-3 и 2,24*10в-2.

На рисунках 2 и 3 приведены изохроны в двух рассмотренных системах координат для гранитов I группы Волыно-Подолии. Верхняя изохрона рис. 2 отвечает акцессорным минералам чудново-бердичевских гранитов и гранатовых мигматитов. Ее уравнение имеет вид

что соответствует возрасту 2105±95 млн. лет. Нижняя изохрона относится к акцессорным минералам послойных жилоподобных тел чудново-бердичевских гранитов, залегающих среди гнейсов и гранатовых мигматитов. Ее уравнение

соответствует возрасту 2065±80 млн. лет.

Уравнение соответствующих изохрон на рис. 3 имеет вид

Значения абсолютного возраста определяются точками пересечения изохрон с кривой согласующихся значений возраста (конкордией). Полученные таким путем цифры абсолютного возраста для рассмотренных разновидностей гранитов I группы Волыно-Подолии составляют соответственно 2065 и 2050 млн. лет. Так как изохроны в пределах погрешностей расчета приходят в начало координат, можно утверждать, что эти образцы не испытывали наложенного метаморфизма.

Для подольских аплит-пегматоидных гранитов подобную обработку произвести не удалось, видимо, из-за значительно более сложной геологической истории, обусловившей значительный разброс точек при нанесении их на графики в обеих системах координат.

Верхняя изохрона рис. 4, уравнение которой имеет вид

отвечает возрасту 1860±120 млн. лет и относится к монацитам житомирских гранитов. Уравнение нижней изохроны

соответствует возрасту 1890±85 млн. лет и относится к монацитам жильных тел житомирских гранитов, рассекающих гнейсо-мигматитовую толщу. Уравнение изохрон, соответствующих этим двум разновидностям житомирских гранитов при использовании второй системы координат имеют вид

что отвечает цифрам возраста 1870 и 1900 млн. лет.

На рис. 5 представлены изохроны для акцессорных минералов и плагиогранитов (а) и аплит-пегматоидных гранитов (в) Приднепровья. Их уравнения имеют вид

что соответствует возрасту 2830+110 и 2710+95 млн. лет. Цифры, полученные при использовании второй системы координат, равны соответственно 2830 и 2700 млн. лет.

Для мокромосковских гранитов получено лишь единичное определение, поэтому произвести для них подобную обработку оказалось невозможным.

В результате произведенной обработки возрастных данных установлено, что жильные разновидности гранитов практически являются одновозрастными образованиями по отношению к соответствующим группам гранитов, но в то же время значительно отличаются от них по изотопному составу примесного свинца. Отдельные группы гранитов Волыно-Подолии имеют следующие возрастные пределы: чудново-бердичевские граниты и гранатовые мигматиты — 2050—2100 млн. лет, житомирские граниты — 1860—1900 млн. лет, аплит-пегматоидные граниты занимают промежуточное положение. Аналогичная последовательность получена и для гранитов Приднепровья.

5. Подводя итог вышеизложенному, отметим, что геологические и геохронологические данные по сравнительному изучению гранитов Волыно-Подолии и Приднепровья позволяют сделать вывод о единой направленности процессов гранитообразования для обоих районов — от мигматитов и автохтонных гранитов к позднеорогенным, типично интрузивным гранитам. Некоторые различия, наблюдающиеся в минеральном составе автохтонных гранитов Волыно-Подолии и Приднепровья, обусловлены различным составом исходных толщ, подвергшихся гранитизации.

Время проявления гранитизации и магматизма в Приднепровье и Волыно-Подолии разделено интервалом порядка 600 млн. лет и датируется для Приднепровья 2600—2800 млн. лет, а для Волыно-Подолии — 1850—2100 млн. лет. Таким образом, подольские и днепровские аплит-пегматоидные граниты принадлежат к различным эпохам, разорванным во времени почти на 1 млрд. лет, и в единый комплекс объединены быть не могут. То же самое, по-видимому, относится к житомирским и мокромосковским гранитам.