Геохронология и геохронометрия эндогенных событий

В монографии критически проанализированы современные методологические подходы к геологической интерпретации изотоино-геохронологических данных. Предложены новые методические приемы реконструкции этапов эндогенной активности (термальных событий) в истории развития фанерозойских подвижных поясов. На основе выработанного подхода обобщены материалы К-Аг, Rb-Sr, Аг-Аг датирования магматических комплексов и сопутствующих им золото-кварцевых, серебряных, золото-серебряных, оловянных и медно-молибденовых руд, локализованных в мезозойских тектонических структурах Северо-Востока Азии, реконструирована история их формирования.
Для широкого круга специалистов по изотопной геохронологии, магматизму, металлогении.
Введение
В широкой геологической аудитории противопоставление терминов "геохронология" и "геохронометрия" сегодня, как правило, встречается с недоумением. Напомним, однако, что понятие о геохронологии родилось тогда, когда слова "геохронометрия" вообще не существовало, а родословная этих терминов совершенно различна первый возник во второй половине XIX столетия в лоне стратиграфии, второй - как минимум на полвека позже, на базе физики и изотопной геохимии По не очень ясным причинам распространенному в зарубежной литературе термину "геохронометрия" - строгому и однозначному - отечественные специалисты долгие годы предпочитали термин "абсолютная геохронология" [Геологический , 1978] И здесь нельзя не вспомнить, что один из пионеров радиогеохронологии Артур Холмс (1890-1965) в конце жизни активно выступил против нового для себя термина "абсолютный возраст", усмотрев в нем неоправданную претенциозность [Холмс, 1967] Его высочайший авторитет сыграл свою роль дискредитированному термину была найдена лингвистически адекватная замена, и в начале 1980-х годов, дабы не отстать от мирового уровня, Комиссия по определению абсолютного возраста геологических формаций, созданная в середине ушедшего века при АН СССР (ее первая сессия состоялась в 1952 г.), стала именоваться Комиссией по изотопной геохронологии (далее - Комиссия) [Щербак, 1986]
С одной стороны, этот исторический эпизод можно расценить как пример излишнего пуризма по отношению к естественно складывающемуся профессиональному языку геологу понятно, что в общем контексте "абсолютный" (возраст) означает всего лишь "выраженный числом", те противостоит определению "относительный", отражающему сущность геологического подхода к реконструкции прошедших событий, а вовсе не подразумевает бесспорности радиометрических значений возраста, против которой возражал А. Холмс. Не случайно в повседневном обиходе термин "абсолютный возраст" бытует по-прежнему широко
Вместе с тем нельзя не признать, что интуиция не подвела выдающегося ученого: на рубеже тысячелетий опасность абсолютизации результатов изотопного датирования - именно в том смысле, о котором беспокоился А. Холмс, - действительно стала реальной. Связано это в первую очередь с тем. что благодаря технологическому прогрессу редкие когда-то прецизионные измерения изотопного возраста минералов теперь стало возможным проводить оперативно и в сравнительно большом количестве. Открывшиеся перспективы соблазняют новое поколение исследователей обещанием быстрого успеха там, где раньше требовались годы кропотливого труда. Как результат все чаще звучат базирующиеся исключительно на изотопных данных предложения по ревизии, нередко коренной, возраста самых разных объектов - от кристаллических комплексов фундамента платформ до отдельных интрузивных массивов, и во всем диапазоне геохронологической шкалы - от раннего архея до кайнозоя. И есть основания подозревать, что у этой проблемы существуют гораздо более глубокие корни. Дело в том, что современная геохронометрическая аппаратура чрезвычайно дорогая, и интересы ее владельцев начинают, похоже, исподволь влиять на саму методологию геологических исследований, порождая тенденцию отрывать геохронометрию от геохронологии, а в спорных случаях - отдавать приоритет геохронометрии.
При этом очень слабо осмысленным остается, на наш взгляд, главное - двоякая сущность геолого-геохронометрических исследований, двуединство потенциально решаемых на этом научном направлении задач: прямой и обратной. Прямая - та, ради которой и создавались методы изотопного датирования: определение возраста горных пород и минералов в масштабе единой шкалы, которой оперирует человечество, - в астрономических годах. Обратная - суждение о геохимическом поведении радиогенных изотопов в течение всей истории существования датируемых объектов, т.е. не только в процессе образования их самих (магматической кристаллизации, метаморфизма, отложения из раствора и т.д.), но и при последующей эволюции геолого-тектонических структур, вмещающих эти, как правило небольшие, а нередко исчезающе малые, объекты. Решение обратной задачи опирается на сопоставление возрастных значений, ожидаемых по геологическим предпосылкам и получаемых при расчетах, причем наиболее информативными тут оказываются систематические расхождения тех и других. Не случайно в отечественной геологии уже к началу 1970-х годов, после обсуждения на XVI сессии Комиссии, официально утвердилось понятие "несходящиеся значения возраста" [Геолого-радиологическая., 1973]. Другими словами,
не следует забывать, что, как бы ни совершенствовалась аналитическая база, возможности геохронометрии объективно ограничены природной подвижностью радиогенных изотопов. И вопрос, насколько широко можно экстраполировать пусть самые высокопрецизионные, но единичные датировки в каждом конкретном случае специального исследования.
Удивительно, что, хотя вопрос об ошибках в определении истинного времени формирования датируемых объектов, связанных с нарушением геохимического равновесия в системе "материнский - дочерний изотопы", неоднократно обсуждался в литературе и даже нашел отражение в инструктивных документах [Общие., 1995], цифры изотопного возраста (особенно если они получены новейшими для своего времени методами) и сегодня сохраняют некую иррациональную власть над умами многих, если не большинства, геологов (при том, что одновременно существует и другая порочная крайность - полное пренебрежение ими).
Все сказанное свидетельствует о необходимости периодического переосмысления и контроля геохронометрической информации в свете накапливающихся геологических знаний. Это относится и к региональным исследованиям, и к геохронометрии в целом, главный предмет которой составляет работа над глобальной геохронологической шкалой (где, заметим, в связи с новыми веяниями уже приняты некоторые революционные решения, пока касающиеся, к счастью, только докембрия [Семихатов, 1993]).
Северо-Восток России (тогда - СССР) волею исторических обстоятельств оказался одной из первых в стране площадок для разработки прикладных, а отчасти и теоретических вопросов изотопного датирования горных пород, минералов и руд, История этих исследований связана с деятельностью организованной во второй половине 1950-х годов в Магадане (первоначально во ВНИИ-1 Минцветмета СССР с переподчинением в 1960 г. СВКНИИ СО АН СССР, ныне - СВКНИИ ДВО РАН) лаборатории абсолютного возраста. Инициатива постановки метода принадлежала тогдашнему лидеру региональной металлогении В.Т. Матвеенко, а быстрая и успешная реализация была осуществлена Л.В. Фирсовым (1926-1981), возглавившим лабораторию в 1958 г. Подчеркнем, что это была первая в Сибири и на Дальнем Востоке радиогеохронологическая лаборатория. В 1964 г. руководство перешло к И.А. Загрузиной, в 1975 г. - к А.П. Милову, в 1994 г. - к И.Н. Котляру, в 2004 г. - к И.Л. Жулановой. В 2005 г. изотопно-геохронологические исследования в СВКНИИ возглавил В.В. Акинин.
До конца 1960-х годов датирование проводилось только К-Аг методом. Коллекции поступали в основном из производственных организаций, а на некоторых важных объектах проводились комплексные геолого-геохронометрические исследования силами лаборатории. Результаты этого этапа освещены в многочисленных публикациях (в том числе сводных томах "Геохронологии СССР"), а также в "Каталоге определений возраста горных пород СССР радиологическими методами'* [1975], подготовленном при методическом руководстве ВСЕГЕИ. Их важнейшим практическим приложением явилось широкое использование на листах Государственной геологической карты СССР м-ба 1 : 200 000.
В 1977 г. в лаборатории были получены первые Rb-Sr изохро-ны, и на сегодня этим методом датирована большая группа генетически различных образований. Примерно тогда же начали появляться определения, выполненные U-Pb методом по циркону, Pb-Pb изохронным по валовым пробам пород, Pb-Pb термоэмиссионным и некоторыми другими (главным образом, в лабораториях Москвы и Ленинграда). Давно и в большом объеме методологически близкие, отчасти перекрывающиеся территорриально, радиогеохронологические исследования проводятся в Институте геологии Якутского научного центра СО РАН. В последние годы особый интерес геологической общественности привлекают полученные в зарубежных лабораториях Аг-Аг (40Аг/39Аг) датировки минералов и результаты SHRIMP-датирования акцессорных цирконов.
Качественно новые возможности обработки накопленной информации открылись с появлением персональных компьютеров. В 1994-1995 гг. в лаборатории была создана электронная база данных "ГЕОХРОН" в системе dBASE-IV, позволяющая осуществлять поиск по 22 параметрам, включая точную географическую привязку проб [Акинин, Котляр, 1997]. Первоначально она охватила около 6500 К-Ar датировок и 120 Rb-Sr изохрон (практически полностью были учтены результаты работы лаборатории с начала серийного К-Аг датирования по 1995 г. включительно) и оперативно пополняется. Все аналитические данные пере-считываются по единым международным константам распада: калий - Х(40К) = 4,962 10-ю год-*, М40Ке) = 0,581 10-ю год-1; рубидий - (87Rb) = 1,42 lO-ii год-1 и другим постоянным, рекомендованным к использованию XX сессией Комиссии [О применении., 1978].
На основе анализа материалов, вошедших в базу данных "ГЕОХРОН", и результатов целенаправленного доизучения ряда мезозойских магматических комплексов региона силами лаборатории подготовлены две обобщающие работы. И знойные системы магматических и метаморфических комплексов Северо-Востока России" [Котляр и др., 2001] и "Меловой магматизм и рудоносность Охотско-Чукотской области: геолого-геохронологи-ческая корреляция" [Котляр, Русакова, 2004]. Первая отличалась от более ранних сводок направленностью на совершенствование методологических аспектов геологической интерпретации изотопных данных, и в ней были выбраны для рассмотрения три важнейших в научном и практическом отношении геологических объекта, радиологически изученные на тот момент наиболее полно: дорифейские кристаллические комплексы фундамента "жестких" элементов современной блоково-складчатой структуры региона (Омолонский, Охотский срединные массивы, Восточно-Чукотское поднятие); мезозойские гранитоиды Охотско-Ко-лымского региона; меловые накопления Охотско-Чукотского вулканогенного пояса, включая сопутствующие дорифейским образованиям железные, а мезозойским магматитам - золото-кварцевые, золото-серебряные, серебро-полиметаллические и оловянные руды. Совокупный временной интервал, зафиксированный в К-Аг и Rb-Sr датировках названных образований, составил 3800 - 60 млн лет. В итоге был разработан новый методический подход к интерпретации больших массивов изотопных данных, традиционно обобщаемых в виде гистограмм, и сделан вывод о том, что не только Rb-Sr, но и К-Аг геохронометры далеко не исчерпали свой прикладной ресурс.
В монографии 2004 г. основным объектом комплексного анализа явились продукты мелового, преимущественно континентального, вулканизма и плутонизма с сопутствующими рудами, развитые на территории, названной Охотско-Чукотской областью (в данной книге - Охотско-Чукотская меловая магматическая провинция, ОЧМП) и объединяющей собственно Охотско-Чукотский вулканогенный пояс (ОЧВП), меловые структуры в его основании и перекрывающие (тоже меловые) вулканические комплексы. Целью этой работы было разрешение наиболее спорных вопросов региональной геологии, актуальность которых обусловлена высокоперспективной в практическом отношении металлогенией ОЧМП. Проведенное исследование выявило отчетливую дискретность проявления в ОЧМП эндогенных процессов и позволило создать непротиворечивую геолого-геохронологическую модель формирования меловых магматических и рудных формаций выделенной провинции.
С момента первой публикации (2001 г.) вокруг предложенных методических новаций началась (и продолжается) довольно оживленная дискуссия. Но характерно, что она обусловлена не столь-
ко возражениями теоретического характера, сколько противоречиями, которые возникают между нашими выводами о возрасте тех или иных конкретных комплексов региона, и цифрами, получаемыми в последнее время с помощью Ar-Аг датирования породообразующих минералов и SHRIMP-датирования акцессорных цирконов. Эта дискуссия, в сущности имеющая методологическую природу, заставила нас продолжить анализ проблемы соотношения двух терминологически близких, но в действительности самостоятельных дисциплин - геохронологии и геохронометрии. Опыт предшествующих лет показал, что для разработки методических вопросов предпочтительно исследовать продукты фане-розойского магматизма, на нашей территории в первую очередь - мезозойские гранитоиды. Объясняется это гораздо более надежным геологическим контролем изотопно-возрастных данных, получаемых для интрузий, прорывающих палеонтологически охарактеризованные отложения, сравнительно с классическим объектом изотопного датирования - ранним докембрием.
Эта книга, с целью усиления ее методологической направленности, разделена на две части. В первой, общей, излагается весьма показательная с позиций поставленной задачи история радио-геохронологических исследований на Северо-Востоке России, включая аналитическое обеспечение (гл. 1), и описывается методика геологической интерпретации материалов К-Ar и Rb-Sr датирования горных пород и минералов, ряд вопросов которой разработан более детально, чем раньше (гл. 2). Во второй части в сравнительном аспекте рассматриваются геологические (относительные геохронологические) и геохронометрические данные по мезозойским магматическим комплексам и связанным с ними рудным образованиям складчатых систем мезозоид и ОЧМП. Главная задача второй части - отразить то двуединство прямой и обратной задач изотопной геохронологии, о которой говорилось выше. Понятно, что эффективное сопоставление геохронометрических и геохронологических данных может быть выполнено на примере только тех объектов, которые, с одной стороны, статистически представительно датированы, с другой - имеют четкую привязку к относительной геохронологической шкале. К сожалению, недостаточный уровень изученности региона ограничивает круг объектов, которые могут быть вовлечены в подобное комплексное рассмотрение, хотя мы стремились к его максимальному расширению. В частности, впервые предпринята попытка на основе материалов, имеющихся в базе данных "ГЕОХРОН" и отчасти - в литературных источниках, проанализировать давнюю, но по-прежнему острую проблему времени становления гранитоидов Чукотской складчатой системы. Полученные выводы предел авлякм, кроме всею прочею, опредс кн-ный интерес и для дискуссии о тектонической природе мешюид Северо-Востока Азии (системно-складчатой или аккреционной)
Работа выполнена по программе "Геохронология и геохронометрия метаморфических, магматических и рудных процессов в геологической истории Северо-Востока Азии" плана НИР СВКНИИ 2004-2006 гг.
Изотопный анализ в СВКНИИ в настоящее время проиию-дят инженеры масс-спектрометристы А.Д. Люскии (руководитель группы). И.А. Давыдов, К.К. Новик, A.M. Хабаров, химическую подготовку проб - Т.Д. Борходоева, Т.Д. Павлова (Rb-Sr метод), Н.М. Александрова (К-Ar метод). Для большинства проб из коллекций авторов, по которым определялись Rb-Sr и К-Лг даты, в лаборатории рентгеноспектрального анализа СВКНИИ выполнены силикатные анализы и определены концентрации Rb, Sr, Y, Zr, Nb (аналитики В.Я. Борходоев, Т.Д. Борходоева, В.И. Мануйлова).
При работе над книгой полезным и плодотворным было сотрудничество с В.В. Акининым, А.С. Бяковым, Ю.Я Ващиловым, СВ. Ворошиным, М.Л. Гельманом, Н.А. Горячевым, СВ. Ефремовым, Б.А. Марковским, И.М. Миговичем, Б.Ф. Палымским, Н.Е. Савва, И.В. Тибиловым, П.Л. Тихомировым, А.Д. Чеховым, В.Г. Шахтыровым, В.И. Шпикерманом. В подготовку рукописи основной вклад внесла Т.И. Смирнова при участии Н.В. Власовой. За помощь и доброжелательное отношение всем своим коллегам авторы искренне признательны.