Условия проявления и эволюция щелочного магматизма северо-восточной Фенноскандии

Арзамасцев А.А., Арзамасцева Л.В.

Геологический институт КНЦ РАН, Апатиты

В северо-восточной Фенноскандии выделяют несколько эндогенных циклов, наиболее крупные из которых, сопровождавшиеся проявлениями мантийного магматизма, происходили на рубеже 1.9 и 0.38 млрд. лет. С первым, раннепротероґзойским этапом связано развитие рифтогенного Печенгско-Варзугского пояса, в формировании которой выделен предрифтогенный (2.55-2.3 млрд.лет), раннерифтогенный (2.3-2.2 млрд.лет), позднерифтогенный (2.2-1.95 млрд.лет) и орогенный (1.95-1.75 млрд.лет) этапы (Митрофанов и др., 1998). В заключительный, орогенный этап произошло внедрение многофазных щелочных интрузий, ряд из которых обнаруживает аномальные Sr-Nd изотопные характеристики, свидетельствующие о сложных формах корово-мантийного взаимодействия.

Интрузия Гремяха-Вырмес сложена ультрабазитами, щелочными сиеногранитами и фоидолитами. Полученные изотопные датировки показывают, что формирование контрастных по составу интрузивных серий массива происходило в относительно узком возрастном интервале. Так, Rb-Sr изохронная зависимость по всей совокупности образцов отвечает возрасту 1890 млн. лет (I_Sr = 0.7037), датировки по единичным зернам циркона из нефелинового сиенита и сиеногранита дают средний возраст 1884╠6 млн. лет, Rb-Sr минеральная изохрона для фоидолитов массива отвечает возрасту 1894╠48 млн. лет (I_Sr = 0.70234). Sr-Nd изотопные характеристики пород позволяют предположить происхождение ультрабазитовой и фоидолитовой серий из разных мантийных источников, причем фоидолиты имеют сходные изотопные характеристики с карбонатитами протерозойского массива Тикшеозеро (Tichomirowa et al., 2006). Масс-балансовые расчеты трендов эволюции ультраосновной серии массива обнаружили близость состава исходных магм массива Гремяха-Вырмес ферропикритам, слагающим 4 вулканогенную толщу Печенгской структуры.

Интрузия Соустова, располагающаяся вблизи палеозойского Хибинского щелочного массива и сложенная анальцимовыми и содалитовыми сиенитами, демонстрирует иной тип взаимодействия мантийных расплавов с корой. Rb-Sr изохрона по образцам щелочных сиенитов дает значение 1860╠12 млн.лет, причем обнаруживается аномально высокое первичное отношение стронция, составляющее ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr₍_t₎=0.7215 (Bea et al., 2001). Особенностью щелочных сиенитов массива является повышенные содержания F, Cl, REE, Y, Th, U, Zr, Hf, Nb, Ta, Sn, Be, Li, Rb, Tl, Pb и Cs, отрицательная аномалия Eu, K/Rb = 190-160, Nd/Th = 3 и Nb/Ta = 12. Эти геохимические черты хотя и указывают на значительную долю корового компонента при формировании пород массива, однако это влияние не может быть объяснено простой ассимиляцией материала коры. В частности, Sr-Nd изотопные характеристики пород указывают на отсутствие смешения с вмещающими архейскими гнейсами, как это наблюдается, например, в сиеногранитах массива Гремяха-Вырмес. Для объяснения обнаруженной изотопной аномалии предлагается модель, согласно которой образование пород массива Соустова обусловлено воздействием в протерозойское время на древние тоналит-трондъемитовые гнейсы метасоматизирующего флюида, богатого щелочами, F и Cl и генетически связанного с мантийными расплавами, давшими начало фоидолит-карбонатитовым сериям протерозойских массивов Гремяха-Вырмес и Тикшеозера. Это воздействие вызвало растворение богатого ⁸⁷Sr биотита, а последующая кристаллизация минералов, в которых Sr является совместимым элементом, (полевые шпаты), привели к увеличению ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr отношения и снижению валового содержания Sr в полученном в конечном субстрате. В отличие от Rb-Sr, Sm-Nd изотопная система была менее чувствительна к растворению минералов с повышенным Sm/Nd отношением, и поэтому сохранила неизменным первичное отношение ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd.

Полученные в результате изучения протерозойских интрузий результаты позволяют заключить, что уже в период 1.9 млрд. лет в сублитосферной мантии региона, т.е. в мантийном киле, в ходе процессов плюм-литосферного взаимодействия сформировались области, обогащенные некогерентными элементами и способные продуцировать щелочные и карбонатитовые расплавы.

Палеозойский этап эндогенной активности в северо-восточной Фенноскандии проявился внедрением в полностью стабилизированные блоки докембрийского фундамента крупнейших агпаитовых массивов, карбонатитовых интрузий, роев щелочных даек и алмазоносных кимберлитов. К наиболее ранней фазе (427╠6 млн. лет назад) отнесены проявления метасоматоза в мантии, предшествовавшего мощному циклу палеозойского магматизма. Этот возраст, полученный нами Rb-Sr изохронным методом при изучении нодулей шпинелевых лерцолитов из трубки взрыва горы Намуайв (Арзамасцев, Беляцкий, 1999), оказался на 30 млн. лет древнее времени образования первых проявлений магматизма в северо-восточной части Балтийского щита. Инициальный этап активности (410-390 млн. лет назад) маркируется внедрением субщелочной Кургинской интрузии, а также вулканических серий. В течение главного этапа магматизма (378 - 365 млн. лет назад) произошло формирование Хибинского и Ловозерского комплексов и карбонатитовых интрузий Ковдора, Африканды, Турьего мыса, Вуориярви и др. Согласно последним данным изотопного датирования, длительность формирования Хибинского массива, начиная со времени заложения кальдеры проседания, первых проявлений в ней вулканической активности и заканчивая образованием дайкового комплекса, оценивается в 25╠6 млн. лет. С главным этапом щелочного магматизма совпадает появление в южной части Кольского региона трубок взрыва алмазоносных кимберлитов. Заключительный этап эндогенной активности (365 - 362 млн. лет назад) проявлен в образовании даек щелочных пикритов, меланефелинитов, фонолитов, лампрофиров, формировавших многочисленные рои внутри и в обрамлении щелочных массивов.

Проведенная оценка первичных составов палеозойской Кольской щелочной провинции и моделирование поведения микроэлементов при плавлении мантийных субстратов показало: (а) невозможность получения первичных расплавов Кольской провинции из состава примитивной мантии даже при предельно низких степенях плавления; (б) вероятность возникновения первичных расплавов Кольской провинции в результате низких степеней плавления субстрата, степень обогащения которого значительно превышала средние содержания несовместимых элементов в примитивной мантии (Арзамасцев и др., 2001). Расчеты показывают, что даже в случае трехкратного превышения содержаний фосфора, Sr, REE, Zr, Hf, Nb, Ta в плавящемся субстрате по сравнению с примитивной мантией, для образования уникальных по масштабам скоплений указанных элементов, сконцентрированных в палеозойских интрузиях региона, потребовался бы объем мантии до 5 млн. км³. Этот объем соответствует области активизированной мантии мощностью 40 км, располагавшейся в кольцевой зоне диаметром около 400 км.

Можно полагать, что источником палеозойских щелочных магм являлись мантийные субстраты, испытавшие обогащение некогерентными элементами в результате эндогенных процессов в позднем протерозое. Взаимодействие палеозойского плюма с метасоматизированным в протерозое субстратом, слагающим область сублитосферной мантии, привело к появлению высокообогащенных некогерентными элементами расплавов. Таким образом, появление в ходе палеозойского цикла эндогенной активности щелочных расплавов, образовавших гигантские скопления некогерентных элементов в щелочных интрузиях, связано с неоднократными актами плюм-литосферного взаимодействия, происходившими в ходе протерозойского и палеозойского циклов эндогенной активности.

Финансовая поддержка: программа 4 ОНЗ РАН и РФФИ (грант 06-05-64130).

Литература

Арзамасцев А.А., Беляцкий Б.В. Эволюция мантийного источника Хибинского массива по данным Rb-Sr и Sm-Nd изучения глубинных ксенолитов // Доклады АН, 1999, Том 366, ╧ 3, С. 387-390.

Арзамасцев А.А., Беа Ф., Глазнев В.Н., Арзамасцева Л.В., Монтеро П. Кольская щелочная провинция в палеозое: оценка состава первичных мантийных расплавов и условий магмогенерации // Российский журнал наук о Земле, 2001, Том 3, ╧1, С. 1-35.

Митрофанов Ф.П., Смолькин В.Ф., Шаров Н.В. Основные черты геологического строения северо-востока Балтийского щита. // Кольская сверхглубокая. (В.П.Орлов, Н.П. Лаверов, ред.). М: МФ "ТЕХНОНЕФТЕГАЗ", 1998. С. 7-35.

Bea F., Arzamastsev A., Montero P., Arzamastseva L. Anomalous alkaline rocks of Soustov, Kola: evidence of mantle-derived metasomatic fluids affecting crustal materials // Contrib. Mineral. Petrol., 2001, 140, P. 554-566.

Tichomirowa M., Grosche G., Götze J., Belyatsky B.V., Savva E.V., Keller J., Todt W. The mineral isotope composition of two Precambrian carbonatite complexes from the Kola Alkaline Province √ Alteration versus primary magmatic signatures // Lithos, 2006, 91, P. 229√249.

зеркало на сайте "Все о геологии"