Восточно-Европейский кратон от неоархея до палеозоя по палеомагнитным данным

Часть 2. Палеомагнитные исследования неоархейских - палеозойских комплексов Восточно-Европейского кратона.

Глава 2.3. Палео-мезопротерозойский суперконтинент Колумбия: положение Восточно-Европейского кратона

Существование палеопротеозойского суперконтинента обсуждается около 20 лет. Основываясь на геологических корреляциях между современной северной окраиной Восточно-Европейского кратона с Лаврентией и Гренландией, Ч. Говер с соавторами [Gower et al., 1990] предположили их взаимосвязь в среднем протерозое в составе мегаконтинента Нена (NENA = North Europe-North America). По межконтинентальным корреляциям для палео-мезопротерозоя Лаврентия и Сибирь также включены в суперконтинент Колумбия [Gower et al., 1990; Rogers, 1996; Hoffman, 1997; Condie, 2002; Meert, 2002; Rogers and Santosh, 2002; Condie, Rosen, 2004; Розен, 2003; Розен и др., 2007; Pisarevsky et al., 2008, Zhao et al., 2004 и др.]. Большинство моделей предполагает формирование этого суперконтинента ~1.8 млрд. лет назад, а частичный или полный его распад в интервале 1.65-1.20 млрд. лет [Buchan et al., 2000; Rogers and Santosh, 2002; Condie, 2002; Zhao et al., 2004 и др.].

Позиция Восточно-Европейского кратона в составе суперконтинента Колумбия, особенно в начале мезопротерозоя, до настоящего времени остается дискуссионной.

2.3.1. Палеомагнитные исследования палео-мезопротерозойских комплексов Восточно-Европейского кратона

Палеопротерозойские магматические комплексы Сарматии

В юго-западной части Сарматии палеопротерозойские магматические комплексы изучены на двух участках, расположенных в северо-западной (Северо-западный блок) и центральной (Ингульский блок) частях Украинского щита (УЩ).

В Северо-западном блоке силлы основного состава, интрудирующие граниты Коростенского плутона на его границе с Овручской впадиной, были опробованы в карьере Бондари (50 обр. силлов и 10 обр. вмещающих гранитоидов). По данным U-Pb датирования, возраст силлов оценивается как 1750 млн. лет [Lubnina et al., 2009].

Субпараллельные дайки основного состава, секущие гранитоиды кировоградского комплекса вдоль Субботско-Мошоринской зоны Ингульского блока УЩ, изучались в карьере Субботцы (45 обр. даек и 10 образцов вмещающих гранитоидов). Возраст даек определен как 1770±9.5 млн. лет [Lubnina et al., 2009].

В долеритовых силлах карьера Бондари (Северо-западный блок) выделена высокотемпературная биполярная компонента (тест обращения положительный).

Высокотемпературная компонента, выделяемая в мафических дайках карьера Субботцы (Ингульский блок), монополярна (табл. 2). Положительный тест контакта свидетельствует об образовании намагниченности в момент внедрения дайковых тел.

Таблица 2. Палеомагнитные полюсы исследованных палео-мезопротерозойских комплексов Восточно-Европейского кратона
Объект	Точки отбора		POL	Палеомагнитный полюс				Возраст, млн. лет
	φ	λ		B/N	Φo	Λo	dpo/dmo
ФЕННОСКАНДИЯ
Ропручейский силл	61.3	35.5	R	2/15	27.2	202.7	3.2/6.4	1770
Шокшинские кварциты	61.3	35.5	R	1/5	29.1	224.2	2.6/5.1	1780
Рыбрека [1]	61.3	35.4		7/12	37.8	210.6	4.0/7.7	1770
Ладва-Древлянка [2]	61. 5	34.4		10/14	40.0	227.1	6.3/11.9	-
Шокша-Селтозеро [2]	61.4	35.2		13/19	35.1	217.8	5.2/10.3	-
Важинка [3]	61.3	33.8	N	10/36	39.7	221.1	2.9/5.5	1770-1790
Среднее направление для Фенноскандии				6/101	35.0	216.9	7.8	1770
ВОЛГО-САРМАТИЯ, Украинский щит
Северо-западный блок, Овручская зона
Долеритовый силл	51.3	28.6	N+R	2/23	10.9	162.2	2.9/5.3	1750?
Вмещающие гранитоиды Коростенского плутона	51.3	28.6	R	1/3	36.3	155.1	-	1780
Ингульский блок, Субботцы-Мошоринская зона
Мафитовые дайки	48.6	32.5	N	2/18	6.4	164.2	3.8/6.6	1770
Вмещающие граниты	48.6	32.5	N	1/4	29.3	186.9	6.1/11.8	2100
Среднее направление для Волго-Сарматии			N+R	2/41	8.7	163.2	10.7	1770
ВОСТОЧНО-ЕВРОПЕЙСКИЙ КРАТОН
Регион Даларна
Порфиритовые долериты	60.4	15.4	R	1/15	23.5	183.7	4.7/9.2	1475
Габбро-долеритовые дайки	61.5	13.8	R+N	6/56	21.4	179.6	4.6/8.9	1462
о. Борнхольм
Граниты формации Рённе	55.1	14.7	N	3/18	12.3	181.5	4.7/8.0	1460
Северное Приладожье
Салминские базальты (СА)	61.4	31.8	N+R	1/25	15.8	176.6	3.5/6.9	1499±68
Валаамский силл (ВМ)	61.4	30.6	N	3/49	19.3	179.2	2.6/5.1	1457±3
Дайки А-типа (А)	61.6	30.7	N	4/166	12.1	172.2	3.5/6.7	-
Дайки В-типа (В)	61.1	30.9	N+R	4/38	14.9	182.1	3.0/5.8	1452±12
СЕВЕРНОЕ ПРИЛАДОЖЬЕ	61.7	30.5	N+R	4*/278	15.2	177.1	3.8/7.3	1452
Южный Урал, Башкирский антиклинорий
Карьер Радостный (РД)	55.5	59.8	N+R	3/23	-3.1	184.3	5.0/8.4	-
г. Капкаташ (КП)	53.7	57.6	N+R	2/19	4.6	194.4	10.7/18.1	-
г. Большой Ключ	53.7	57.6	N	1/9	13.8	189.9	3.7/7.0	-
Карьер Бердяуш	55.2	59.1	R	2/11	-5.4	23.1	4.8/7.0	1388±6
ЮЖНЫЙ УРАЛ	54.5	58.5	N+R	4*/62	2.4	192.4	13.5	1384±3
Примечание. Жирным показаны палеомагнитные полюсы, использованные при построении реконструкции. Остальные обозначения см. табл. 1. [1] - Damm et al., 1997; [2] - Fedorova et al., 1999; [3] - Pisarevsky, Sokolov, 2001.

Полученные палеомагнитные полюсы для Северо-западного и Ингульского блоков УЩ близки и свидетельствуют об их положении в южных тропических широтах. Однако, нельзя исключить возможные вращения блоков друг относительно друга в течение позднего палеопротерозоя [Гинтов, 2005].

Палеомагнитный полюс, пересчитанный с направления высокотемпературной компоненты силлов карьера Бондари (табл. 2), близок полюсу, полученному по анортозитам Северо-Западного блока Украинского щита [Elming et al., 2001]. Возраст анортозитов близок возрасту силла в карьере Бондари и составляет 1.76 млрд. лет.

Для реконструкций рассчитан средний палеомагнитный полюс для Волго-Сарматии 1.77 млрд. лет (табл. 2).

Палеопротерозойские комплексы Фенноскандии

Ропручейский силл Западного Прионежья

Автором были отобраны габбро-долериты Ропручейского силла, а также вмещающие его кварциты шокшинской свиты (35 образцов).

Анализ результатов магнитных чисток позволил выделить в образцах габбро-долеритов монополярную высокотемпературную компоненту ЮЮЗ склонения и положительного наклонения. Палеомагнитный полюс, пересчитанный с направления этой компоненты, представлен в табл. 2. В образцах песчаников шокшинской свиты выделена также высокотемпературная компонента намагниченности, близкая по направлению таковой, выделяемой в габбро-долеритах, но отличающаяся склонением на 20-25^o и несколько ниже по наклонению (табл. 2). Поскольку возраст вмещающих пород (кварцевых песчаников шокшинской свиты) отличается от возраста габбро-долеритов Ропручейского силла, то полученную разницу можно считать как положительный тест контакта.

Средний палеомагнитный полюс 1.78-1.77 млрд. лет, используемый в дальнейшем при реконструкциях, рассчитан с учетом результатов предыдущих исследований позднепалеопротерозойских комплексов Западного Прионежья (табл. 2).

Сопоставление полученных палеомагнитных полюсов для Фенноскандии и Волго-Сарматии показывает, что в интервале 1.77 млрд. лет между ними сохранялась широтная разница ~15^o. Сближение сегментов происходило за счет их дифференцированного вращения.

Мезопротерозойские магматические комплексы Центральной Швеции (регион Даларна)

Наиболее древними мезопротерозойскими образованиями в Центральной Швеции (регион Даларна) являются порфиритовые долериты ("Gustaf-porphyrites"), U-Pb возраст которых по циркону составляет 1475±4 млн. лет [Lundström et al., 2002]. Для палеомагнитных исследований были отобраны дайки порфиритовых долеритов, прорывающие граниты Трансскандинавского пояса с возрастом ~1.8 млрд. лет, а также дайки габбро-долеритового состава ("Tuna dykes"), прорывающие свекофенские гнейсы (1.92-1.85 млрд. лет) и гранитоиды Трансскандинавского магматического пояса (1.81-1.67 млрд. лет) [Söderlund et al., 2005]. По данным U-Pb датирования по бадделииту, возраст Туна даек определяется как 1461±3 млн. лет [Brander, Söderlund et al., 2009].

Мафические дайки региона Даларна были опробованы в четырех районах (~100 образцов). Анализ результатов магнитных чисток позволил выделить высокотемпературные монополярные компоненты СВ склонения и низкого отрицательного наклонения практически во всех образцах изученных магматических пород региона [Lubnina et al., 2007]. Положительный тест контакта свидетельствует об образовании намагниченности мафических даек в момент их внедрения. Палеомагнитные полюсы для каждого объекта провинции Даларна приведены в табл. 2.

Мезопротерозойские магматические комплексы о. Борнхольм (Дания)

Автором были отобраны ориентированные керны наиболее мелкозернистых гранитоидов формации Рённе с возрастом 1.46 млрд. лет в ЮЗ части о. Борнхольм, а также дайки основного состава, прорывающие эти гранитоиды. Возраст даек определяется как пермо-юрский на основании датирования аналогичных даек во всей ЮЗ части Фенноскандии [Obst, 2000].

Анализ результатов магнитных чисток образцов гранитоидов позволил выделить высокотемпературную компоненту намагниченности СВ склонения и низкого отрицательного наклонения. Положительный тест контакта свидетельствует об отсутствии перемагничивания гранитоидов формации Рённе после внедрения даек в позднем палеозое-мезозое. Палеомагнитный полюс, пересчитанный с направления высокотемпературной компоненты в гранитоидах, приведен в табл. 2.

Мезопротерозойские магматические комплексы Северного Приладожья

Раннемезопротерозойские магматические породы эффузивных и субвулканических фаций широко распространены в Северном и Восточном Приладожье. Здесь они представлены потоками Салминских ферробазальтов, габбро-монцонитовыми Валаамским и Мантсинсаарским силлами, интрузией Хопунваара и дайками двух генераций [Хазов, 1967; Светов, Свириденко, 1995; Васильева и др., 2002; Васильева, Лубнина, 2006 и др.]. По геохимическим параметрам Салминские ферробазальты соответствуют йотунитам [Носова, 2007], а дайки отвечают высокожелезистым оливиновым долеритам (сортавалитам) и по составу редких и редкоземельных элементов соответствуют Салминским базальтам [Васильева и др., 2002]. Возраст Салминских базальтов определяется как 1499±68 млн. лет [Богданов и др., 2003], габбро-монцонитов Валаамского силла - 1457.4±2.7 млн. лет [Rämö et al., 2001, 2005].

Для палеомагнитных исследований были опробованы габбро-долериты и монцогаббро Валаамского силла, 2 потока Салминских ферробазальтов, афанитовые долеритовые дайки (А-тип, на о. Тамханка, Суур-Хапасаари и ок. п. Хелюля) и дайки высокожелезистых долеритов (В-тип, на о. Риеккалансаари и г. Сортавала). В общей сложности было изучено 12 объектов в 16 сайтах, отобрано более 1000 ориентированных образцов.

Высокотемпературные характеристические компоненты намагниченности выделены в образцах всех исследованных магматических пород. Данные микрозондовых исследований и термомагнитного анализа свидетельствуют, что основным носителем намагниченности является однодоменный магнетит. Положительный тест контакта для даек о. Суур-Хапасаари и северной части о. Тамханка свидетельствует в пользу первичности выделенной компоненты намагниченности. Присутствие в породах даек о. Риеккалансаари и потоках Салминских базальтов антиподальных компонент прямой и обратной полярности (тест обращения в обоих случаях положительный) также является веским аргументом в пользу образования намагниченности в момент формирования пород. Помимо этого, важным доказательством первичности выделенных компонент намагниченности является самообращение намагниченности, полученное в образцах из центральной части дайки о. Риеккалансари.

Новые результаты U-Pb датирования по бадделииту даек В-типа Северного Приладожья (1452±12 млн. лет, [Лубнина, 2009; Lubnina et al., 2010]) близки таковым для пород Валаамского силла (1457±2 [Rämö et al., 2005]), что позволяет говорить об образовании намагниченности во всех магматических породах Северного Приладожья в интервале 1.45-1.46 млрд. лет.

Палеомагнитные полюсы, полученные для магматических комплексов Северного Приладожья, приведены в табл. 2. Они лежат на тренде позднепалеопротерозойских-мезопротерозойских полюсов Восточно-Европейского кратона (рис. 5).

Средний палеомагнитный полюс, рассчитанный для изученных объектов (полюс ЛА в табл. 2) является "ключевым" полюсом 1.45 млрд. лет для Восточно-Европейского кратона [Лубнина, 2009; Lubnina et a l., 2005, 2009], поскольку удовлетворяет всем критериям, выделения "ключевых" полюсов [Buchan et al. 2000].

Мезопротерозойские магматические комплексы Южного Урала

Мезопротерозойский (машакский) магматический комплекс Южного Урала сложен породами породами эффузивной, жерловой, субвулканической и дайковой фациями [Стратотип рифея..., 1983]. Геохимически базальты и долериты являются высокомагнезиальными с низким содержанием титана [Носова, 2007]. Интрузивные породы этого возраста слагают Бердяушский массив габброидов и гранитоидов. Возраст машакских вулканитов по циркону определяется [Пучков и др., 2007, 2009] как 1366±12 млн. лет (SHRIMP) и 1381±1 (CA-ID-TIMS), по бадделииту - 1384±3 млн. лет [Ernst et al., 2006]. Эти датировки хорошо коррелируются с изотопными возрастами габбро Кусинско-Копанского массива - 1388±63 млн. лет [Холоднов и др., 2006] и габбро Бердяушского массива - 1388±28 млн. лет [Ронкин и др., 2006].

Для палеомагнитных исследований были опробованы мезопротерозойские магматические комплексы в различных частях Башкирского антиклинория. Всего изучено более 30 объектов и отобрано ~1200 ориентрованных образцов. Бóльшая часть коллекции содержит единственную высокотемпературную компоненту намагниченности ЮЗ склонения и умеренно отрицательного наклонения, совпадающую с направлением позднепалеозойского Уральского перемагничивания пород. Палеомагнитный полюс, пересчитанный с направления этой компоненты, лежит в каменноугольно-пермском сегменте ТКМП Восточно-Европейского кратона.

В оставшейся части коллекции в ходе магнитных чисток образцов выделена биполярная высокотемпературная компонента намагниченности СВ склонения и низкого отрицательного наклонения (табл. 2), первичная природа которой подтверждается положительными тестами контакта и обращения.

2.3.2. Тренд перемещения Восточно-Европейского кратона в позднем палеопротерозое-мезопротерозое

Палеомагнитные полюсы, полученные автором для палео-мезопротерозойских объектов Восточно-Европейского кратона, дополняют тренд его перемещения (рис. 5), построенного на основании "ключевых" полюсов Фенноскандии [Buchan et al., 2000; Pesonen et al., 2003]. Согласно полученным данным, в позднем палеопротерозое ВЕК находился в тропических северных широтах.

	Рис. 5. Тренд позднепалеопроте-розойских-мезопротерозойс-ких полюсов Восточно-Европейского кратона [Лубнина, 2009].

Полученные автором мезопротерозойские "ключевые" полюсы Восточно-Европейского кратона восполняют пробел в палеомагнитных данных, определяя перемещение кратона в низкие южные широты с одновременным разворотом против часовой стрелки в течение мезопротерозоя. Смена знака вращения и широтное смещение на ~15^o в южном направлении отмечается в интервале 1.45-1.38 млрд. лет (рис. 5). Геологические данные свидетельствуют о возможном начале частичного распада суперконтинента Колумбия в интервале 1.45-1.40 млрд. лет [Bogdanova, Lubnina, 2009]. В интервале 1.27-1.10 млрд. лет происходит резкая смена знака вращения ВЕК и дальнейшее перемещение в южном направлении.

2.3.3. Положение Восточно-Европейского кратона в составе палео-мезопротерозойского суперконтинента Колумбия

В разделе протестированы, с использованием подхода Эванса и Писаревского [Evans, Pisarevsky, 2008], существующие реконструкции суперконтинента Колумбии [Rogers, Santosh, 2002; Meert, 2002; Pesonen et al., 2003; Zhao et al., 2004; Salminen, Pesonen, 2007; Wingate et al., 2009 и др.].

На основании данных, полученных автором для палео-мезопротерозоя Восточно-Европейского кратона, ключевых полюсов ВЕК [Buchan et al., 2000; Pesonen et al., 2003] и палеомагнитных определений по Лаврентии [Halls et al., 2000; Halls and Heaman, 2000; Irving et al., 2004, Meert and Suckey, 2006; Harlan et al., 2008], Сибири [Ernst et al., 2000; Pavlov et al., 2000; Gallet et al., 2002; Диденко и др., 2005; Didenko et al., 2007; Водовозов и др., 2007; Wingate et al., 2009 и др.] и Северному Китаю [Wu et al., 2005; Zhang et al., 2006], оценено время окончательной амальгамации и начала распада суперконтинента Колумбии (рис. 6), а также предложены реконструкции положения Восточно-Европейского кратона в составе палео-мезопротерозойского суперконтинента (рис. 7).

Рис 6. Соотношение угловых расстояний между парами одновозрастных позднепалео-мезопротерозойских полюсов Фенноскандии, Лаврентии и Сибири.

Рис. 7. Реконструкции положения Восточно-Европейского кратона в составе суперконтинента Колумбия на 1.77 и 1.45 млрд. лет.

Данные свидетельствуют, что в интервале 1.88-1.77 млрд. лет угловые расстояния между парами полюсов Сибири и Лаврентии совпадают, а угловое расстояние для ВЕК лежит в пределах ошибки (рис. 6). Результаты по Фенноскандинавскому и Волго-Сарматскому сегментам ВЕК свидетельствуют, что окончательная амальгамация Восточно-Европейского кратона произошла после 1.77 млрд. лет и, возможно, совпадает по времени с заключительными стадиями формирования суперконтинента Колумбия.

Начиная с интервала ~1.8 млрд. лет угловые расстояния между парами одновозрастных полюсов Восточно-Европейского кратона, Лаврентии и Сибири совпадают (рис. 6, 7), что говорит об их перемещении в пределах единой литосферной плиты (суперконтинента Колумбии) в течение позднего палео-мезопротерозоя. Данные по Северному Китаю свидетельствуют об его вхождении в состав суперконтинента (рис. 6). Расхождение угловых расстояний с таковыми остальных кратонов в интервале 1.45-1.27 млрд. лет, возможно, вызвано некорректными возрастными датировками имеющихся палеомагнитных определений.

Реконструкция для интервала 1.45 млрд. лет близка таковой, предложенной ранее [Wingate et al., 2009]. Однако, в предложенной автором реконструкции ВЕК располагается в низких широтах южного полушария и не перекрывается с Восточной Гренландией.

Таким образом, в результате проведенных исследований получено, что максимальная сборка суперконтинента Колумбия произошла ~1.8 млрд. лет назад. В интервале 1.8-1.1 млрд. лет конфигурация Лаврентия - Восточно-Европейский кратон - Сибирь и, возможно, Северный Китай не изменялась. В течение мезопротерозоя Восточно-Европейский кратон, Лаврентия, Сибирь и Северный Китай имели сходный характер движения в составе единого суперконтинента Колумбия.

Расхождение пар одновозрастных полюсов наблюдается сразу после 1.1 млрд. лет, что свидетельствует об окончательном распаде суперконтинента Колумбия на границе мезо- и неопротерозоя.

ВЫВОДЫ по Главе 2.3.