Геодинамическая интерпретация U-Pb возрастов сфенов из архейских пород Карельского кратона и Беломорского подвижного пояса Фенноскандинавского щита

Глава 3. U-Pb возраст сфена и тектоническое районирование восточной части Фенноскандинавского щита: синтез данных.

Возраст сфенов в пределах Карельского кратона варьирует преимущественно от 2.50 до 2.87 млрд. лет, а в Беломорском подвижном поясе, за редким исключением - от 1.74 до 1.94 млрд. лет (рис. 1, 3). Близкий возраст с последним показывают сфены из пород Кольской провинции (Колвицкий пояс). Сфены северо-восточной части Свекофеннской провинции в основном палеопротерозойские (рис. 1).

Рис. 3. Гистограмма распределения датировок сфенов из пород Карельского кратона и Беломорского подвижного пояса Фенноскандинавского щита. Гистограмма построена на основе личных и литературных данных

Имеющиеся факты позволяют констатировать, что возраст сфена действительно является чутким индикатором границы между Карельским кратоном и Беломорским подвижным поясом. Также по этим данным четко фиксируется граница между кратоном и Свекофеннской провинцией, что объясняется разным временем формирования их коры (архей и палеопротерозой соответственно).

Особо следует отметить, что в Беломорском подвижном поясе пробы на сфен отбирались из пород различного состава и генезиса, причем как архейских, так и палеопротерозойских. Несмотря на это, возраст сфена достаточно стабилен и составляет, как правило, 1.74-1.94 млрд. лет, тогда как возраст сфенов Карельского кратона чаще всего коррелируется с U-Pb возрастом цирконов из пород. При этом в Беломорском подвижном поясе установлены закономерные изменения возраста сфена. Отмечается, что в северо-восточной части пояса возраст сфена постепенно изменяется от 1.94 до 1.80 млрд. лет, между тем вблизи границы с Карельским кратоном маркируется зона со сфенами более молодого возраста - моложе 1.8 млрд. лет. При этом несколько проб сфенов, взятые в пределах этой зоны, оказались с более древними датировками - 2.14-2.67 млрд. лет (Бибикова и др., 1999; наст. исследование).

Кроме того, стоит обратить внимание на неоархейский возраст сфенов (2.54-2.68 млрд. лет) из пород террейна Тунтса, эти данные подтверждают предположение о том, что указанный террейн не относится к Беломорскому подвижному поясу (Слабунов, 2008; Hölttä et al., 2008), как считалось ранее (Слабунов и др., 2006 б; Juopperi, Veki, 1988). Следует также отметить более молодой возраст сфенов и существенную разницу в возрасте сфенов и цирконов в пределах рассматриваемого террейна по сравнению с другими. Обращает на себя внимание и то, что среди архейских датировок сфенов Карельского кратона (террейн Кианта) выделяются несколько палеопротерозойских (рис. 1). Данное явление крайне необычно для кратона. Одна из этих проб отобрана из гальки полимиктового конгломерата архейского возраста палеопротерозойской структуры (бассейна) Саари-Киекки, предполагается, что относительно молодой возраст сфенов связан с локальной зоной поздней переработки (Luukkonen, 1989). Другая - из тоналитов в западной части террейна Кианта вблизи границы со Свекофеннской провинцией (Vaasjoki, 1999), здесь вероятно частичное нарушение изотопной системы сфена в связи с развитием Свекофеннского орогена. Третья проба была взята из палеопротерозойской дайки и соответствует аналогичному возрасту (Luukkonen, 1989) исследуемого минерала.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что изотопный U-Pb возраст сфена может быть использован в качестве критерия для оценки границы между Карельским кратоном и Беломорским подвижным поясом, что позволяет сформулировать первое защищаемое положение:

В пределах восточной части Фенноскандинавского щита наблюдаются закономерные вариации U-Pb возраста сфенов: в Карельском кратоне сфены преимущественно имеют архейский возраст (2.50-2.87 млрд. лет), а в пределах Беломорского подвижного пояса - палеопротерозойский (1.74-1.94 млрд. лет), при наличии редких исключений. Резкое изменение изотопного U-Pb возраста сфена является одним из проявлений границы между неоархейским Карельским кратоном и Беломорским подвижным поясом.

Как уже отмечалось, сфены в пределах Карельского кратона имеют главным образом архейский возраст, вместе с тем фиксируются закономерные его вариации. Четко выделяется восточный домен с более древними возрастами этого минерала (2.84-2.87 млрд. лет) и западный - с возрастами 2.60-2.75 млрд. лет (рис. 4).

Рис. 4. Гистограмма распределения сфенов по возрастам из пород западного и восточного доменов Карельского кратона Фенноскандинавского щита. Гистограмма построена на основе личных и литературных данных

Сфены более древних (мезоархейских) возрастов концентрируются в пределах Водлозерского террейна. Вместе с тем здесь установлены и более молодые датировки этого минерала, полученные для неоархейских Панозерского, Чалкинского и Онежского гранитоидных массивов (рис. 4). Исследования показали, что возрасты сфенов из массивов коррелируются с возрастом цирконов из них. Разница в возрасте сфенов и цирконов для массивов составляет около 50 млн. лет, что, вероятно, объясняется различием в температуре закрытия этих минералов и отражает скорость остывания массивов - около 7 ^oС/млн. лет, это соизмеримо с оценками скорости для других объектов (Бибикова и др., 1999; Pidgeon et al., 1996 и др.), но существенно меньше вычисленной на основе теплофизических расчетов (Бурдюх, устное сообщ.).

Западный домен включает в себя террейны Центрально-Карельский, Иломантси-Вокнаволокский, Тунтса и Кианта. U-Pb возрасты сфенов из пород Центрально-Карельского террейна варьируют от 2.60 до 2.75 млрд. лет, Иломантси-Вокнаволокского - 2.61-2.75 млрд. лет, Тунтса - 2.54-2.68 млрд. лет, Кианта - 2.50-2.71 млрд. лет, Таким образом, сфены из западного домена Карельского кратона имеют близкий возраст (2.6-2.7 млрд. лет), поэтому оценка границы между ними с применением геохронологии сфена проблематична.

Более древние датировки сфена из пород Водлозерского террейна по сравнению со смежными с ним дают возможность использовать возрастные характеристики минерала в качестве индикатора границы между ними (рис. 1, 4). Таким образом, U-Pb возраст сфена может применяться для тектонического районирования Карельского кратона.

Второе защищаемое положение:

Изотопный U-Pb возраст сфена может быть использован для тектонического районирования Карельского кратона, так как наиболее древние сфены (древнее 2.8 млрд. лет) установлены только в пределах Водлозерского террейна, в то время как сфены из пород других террейнов кратона имеют возраст 2.50-2.75 млрд. лет.

На основе данных об U-Pb возрасте сфена можно протестировать ключевые стадии формирования главных структур Фенноскандинавского щита - Карельского кратона и Беломорского подвижного пояса. За основу взята модель развития восточной части Фенносканинавского щита (рис. 5), построенная по материалам В. В. Балаганского и др. (2006), С. А.. Светова (2005); А. И. Слабунова (2008), Р. Лахтинена и др. (2005) и других исследователей.

Около 3.1 млрд. лет были сформированы "сиалические ядра" - наиболее древние структуры Фенноскандинавского щита (террейны Водлозерский, Рануа, Иисалми и Помокайра). Более поздние процессы в их пределах проявлены локально. При этом сфены Водлозерского террейна имеют наиболее древний возраст - древнее 2.8 млрд. лет. В ряде работ Водлозерский террейн интерпретируется как палеократон (Кожевников и др., 2006). Таким образом, приведенные данные не противоречат выбранной модели.

В периоды 2.82-2.95 и 2.72-2.78 млрд. лет главенствующая роль принадлежала субдукционно-аккреционным процессам, ответственным за формирование континентальной коры террейнов Кианта, Иломантси-Вокнаволокского, Центрально-Карельского, Тунтса, а также Беломорской структуры. К 2.70 млрд. лет происходило скучивание всех вышеперечисленных образований, которое сопровождалось интенсивным гранитным магматизмом. Возраст сфена в пределах западной части Карельского кратона, вероятно, отражает время именно этого процесса.

Сфены террейнов Карельского кратона (Центрально-Карельского, Иломантси-Вокнаволокского, Тунтса и Кианта) имеют близкий возраст (2.6-2.7 млрд. лет). По всей вероятности, это связано с тем, что континентальная кора террейнов окончательно сформировалась в ходе единого аккреционного процесса. Аргументом в пользу этого предположения является то, что возраст сфенов в пределах террейнов близок к завершающим стадиям формирования коры кратона (например, к возрасту цирконов в гранитных интрузиях - индикаторах зрелой континентальной коры). Следовательно, можно предположить, что в пределах Карельского кратона возраст сфена отражает время стабилизации (кратонизации) западного и восточного фрагментов его земной коры (2.6-2.7 и 2.8 млрд. лет).

Таким образом, континентальная земная кора Карельского кратона и Беломорского подвижного пояса сформировалась к концу архея, причем в архее они составляли единую геодинамическую систему, на последних стадиях ее развития в Беломорье были проявлены коллизионные процессы, а в будущем кратоне - аккреционные.

Около 2.6 млрд. лет назад Карельский кратон прошел стадию кратонизации, то есть начал формироваться протоплатформенный осадочный чехол, отмечалось внедрение даек базитов.

В палеопротерозе земная кора региона находилась под влиянием мантийных плюмов, в результате происходило заложение рифтогенных структур (2.4-2.5 млрд. лет), приуроченных к границам крупных архейских блоков. Предполагается, что одна из таких структур (на границе между Беломорской и Кольской провинциями) развилась в бассейн с океанической корой с ее последующей субдукцией. В период 2.1-2.3 млрд. лет (ятулий) образовывались крупные магматические провинции. Около 1.86-2.0 млрд. лет Беломорская структура входила в состав Лапландско-Кольского орогена. В ходе коллизионной стадии здесь формировались новые генерации покровно-надвиговых структур, что, вероятно, и привело к эксгумации архейских и палеопротерозойских пород со среднекоровых глубин. Предполагается, что возраст сфена фиксирует время вывода тектонических пластин из области высоких температур (T > T_{закр. сфена}) в область с температурой ниже температуры закрытия изотопной системы сфена (T < T_{закр. сфена}). Более молодые возрасты сфенов (1.74-1.79 млрд. лет) вблизи границы между Карельским кратоном и Беломорским подвижным поясом могут быть обусловлены более поздней флюидной переработкой.

Рис. 5. Геодинамическая модель развития земной коры восточной части Фенноскандинавского щита (3.0-1.75 млрд. лет) и позиция сфена (подробное описание смотри в тексте) 1-4 - континентальная кора Карельской провинции, возраст, млрд. лет: 1 - 2.7-3.4 (3.7), 2 - 2.7-3.1, 3 - 2.7-3.0, 4 - 2.7-2.8; 5 - континентальная кора Беломорской провинции, возраст 2.7-2.88 млрд. лет; 6 - континентальная кора Кольской и Мурманской провинций, возраст 1.9-3.1 млрд. лет; 7 - палеопротерозойские рифтогенные структуры; 8 - ювенильная континентальная кора палеопротерозойского возраста; 9 - океаническая кора архейского и 10 - палеопротерозойского возрастов; 11 - субконтинентальная кора; 12 - сфены с открытой изотопной U-Pb системой; 13-16 - сфены с закрытой изотопной системой, возраст, млрд. лет: 13 - древнее 2.8, 14 - 2.60-2.75, 15 - 1.80-1.94, 16 - 1.74-1.80; 17 - плюм; 18 - наиболее вероятное движение плит; 19 - разломы; 20 - обозначения террейнов: Вд - Водлозерский, ИВ - Иломантси-Вокнаволок, Ии - Иисалми, Ки - Кианта, По - Помокайра, Ра - Рануа, ЦК - Центрально-Карельский; провинций: Ко - Кольская, Му - Мурманская.

Изложенный материал позволяет сформулировать третье защищаемое положение:

В Карельском кратоне возраст сфена преимущественно фиксирует стадии кратонизации земной коры (2.6-2.7 и 2.8 млрд. лет), а в пределах Беломорского подвижного пояса отражает время вывода тектонических пластин со среднекоровых глубин в приповерхностную область в ходе коллизионной стадии развития Лапландско-Кольского орогена.