2013

Архейский щелочной магматизм OIB-типа на Балтийском щите

 Зозуля Д.Р.¹, Иби Н.², Баянова Т.Б.¹, Лялина Л.М.¹

¹Геологический институт КНЦ РАН, Апатиты, Россия

²Университет Лоуэлл Массачусетс, Лоуэлл, США

Проявления щелочных пород в архее весьма незначительны. На данный момент известно несколько десятков архейских комплексов на Канадском щите (провинция Сьюпириор), в Гренландии (кратон Найн), в Австралии (блок Йилгарн). Они представлены щелочными и нефелиновыми сиенитами, йиолитами, щелочными гранитами, а также лампрофирами и калиевыми вулканитами; в составе некоторых комплексов присутствуют карбонатиты. Наиболее древние щелочные породы имеют возраст около 2.7 млрд лет. В архее, по ранее опубликованным данным (Blichert-Toft et al., 1996), отсутствуют щелочные породы, формирующиеся в виде горячих точек на океанической коре и в континентальных рифтах, и геодинамическая обстановка образования архейских щелочных пород интерпретируется как субдукционная, а их источником является деплетированная мантия. Последнее объяснялось отсутствием процессов метасоматоза мантии для данного периода эволюции Земли.

Щелочной массив Сахарйок находится в западной части Кейвского террейна (северо-восточная часть Балтийского щита). Террейн сложен главным образом позднеархейскими (2.8 - 2.9 млрд. лет) метавулканитами и метаосадками, а также крупными интрузиями позднеархейских (2.65 - 2.67 млрд. лет) щелочных гранитов А-типа и габбро-анортозитов кейвского комплекса. Массив Сахарйок расположен в южной части Западнокейвского массива щелочных гранитов, является интрузией трещинного типа и сложен нефелиновыми и щелочными сиенитами. На современном эрозионном срезе массив представляет собой дайкообразное тело протяженностью 7-8 км с максимальной шириной 1.5-2 км в его северной части. В западной и юго-западной части массива залегают щелочные лепидомелан-феррогастингситовые сиениты, в восточной – трахитоидные нефелиновые лепидомелан-эгирин-авгитовые сиениты. В пределах нефелиновых сиенитов на поверхности размещены выходы (до 80х200 м) щелочных габброидов (эссекситов), масштабы распространения которых с глубиной по данным бурения значительно увеличиваются. К нефелиновым сиенитам приурочено zr-Y-ree месторождение, состоящее из нескольких линзовидных тел цирконовых и бритолитовых руд (Зозуля и др., 2012).

Для циркона из нефелиновых сиенитов массива Сахарйок ранее был получен U-Pb-возраст 2613 ± 35 млн. лет и из щелочных сиенитов – 2682 ± 10 млн. лет (Баяноваб 2004; Зозуля и др., 2007), которые указывают на уникально древний – позднеархейский возраст щелочного магматизма Кейвского террейна. Так же для циркона, бритолита и алланита существуют U-Pb и для самих пород – Rb-Sr и K-Ar радиометрические датировки в интервале 1760–1810 млн. лет, фиксирующие, по-видимому, наложенные события свекофенского регионального метаморфизма. Более того, изучение морфологии, внутреннего строения и химического состава самого циркона из нефелиновых сиенитов массива Сахарйок показало его длительную полистадийную кристаллизацию на магматическом, постмагматическом (гидротермальном) и метаморфическом этапах.

По геохимическим данным нефелиновые сиениты массива Сахарйок имеют обогащенный мантийный источник, сходный с таковым для OIB-магм руд (Зозуля и др., 2012), что обусловило в них изначально повышенное содержание высокозарядных элементов (Zr, Y, Nb, REE). Эти характеристики являются уникальными для других архейских щелочных пород, которые именно деплетированны HFS элементами (Blichert-Toft et al., 1996). Для генезиса нефелиновых сиенитов предполагается схема длительной фракционной кристаллизации из первоначальной щелочнобазальтовой магмы (Зозуля и др., 2012), что привело к еще более высокому накоплению несовместимых (в том числе рудных) элементов.

Щелочные габброиды массива Сахарйок представляют собой массивные среднезернистые породы, сложенные главным образом пироксеном (30-40 об. %), плагиоклазом (30-45 об. %) и слюдой (10-20 об. %). Второстепенными породообразующими минералами являются нефелин (5-10 об. %) и амфибол (3-5 об. %, до 20 об. % в приконтактовых разновидностях). Пироксен - существенно диопсид со значительной примесью геденбергита и жадеита (Di_62-63Hed_17-20Jad_14-17Acm_2-5), амфибол имеет паргасит-феррогастингситовый состав, слюда относится к флогопиту и высокомагнезиальному биотиту, плагиоклаз - олигоклаз-андезинового состава. Нефелин в приконтактных разновидностях интенсивно канкритизирован под воздействием нефелиновых сиенитов. Акцессорные минералы представлены апатитом, флюоритом, магнетитом, цирконом.

По химическому составу щелочные габброиды массива Сахарйок характеризуются следующим распределением петрогенных компонентов (мас. %): SiO₂ (47.3-48.7); TiO₂ (0.25-0.30); Al₂O₃ (14.4-15.3); Fe₂O_3t (7.0-8.1); MgO (8.4-8.8); CaO (10.6-13.3); Na₂O (3.0-6.0); K₂O (1.3-2.6); F (0.3-0.7) и редких элементов (г/т): Sr (280-560); Rb (140-350), La (8.1-13.7); Ce (13.4-19.7), Yb (1.0-3.6); Y (4-30); Nb (9-12); Ta (0.15-0.82); Zr (36-70); Hf (1.0-1.6). Широкие вариации щелочных элементов обусловлены воздействием нефелиновых сиенитов. По соотношению SiO₂ и Na₂O+K₂O породы попадают в поле щелочных и субщелочных габброидов. Нормативный состав пород характеризуется присутствием миналов ne (7-15 об. %) и fo (7-8 об. %). Породы обладают высокими Zr/Hf и Nb/Ta (более 40) отношениями, что является характерным признаком щелочных пород.

Для циркона из щелочных габброидов массива Сахарйок получен U-Pb-возраст 2666 ± 4 млн. лет, который в целом согласуется с имеющимися геохронологическими и геологическими данными для других пород массива. Морфология и внутреннее строение продатированных популяций циркона позволяет предполагать для них магматическое происхождение, что уточняет время формирования позднеархейского щелочного магматизма в пределах Кейвского террейна.

В связи с древним возрастом и многочисленными наложенными процессами реконструировать геодинамическую обстановку формирования щелочных габброидов массива Сахарйок только по геологическим данным оказывается невозможным. Поэтому для этой цели были использованы геохимические методы. Известно, что базальты океанических островов (OIB) отличаются от островодужных базальтов (IAB) и базальтов океанических хребтов (MORB) повышенным содержанием Nb, с другой стороны IAB характеризуются высоким содержанием Ba. Поэтому использование отношений некоторых «канонических» пар элементов (Y/Nb, Ce/Nb, Nb/Zr, Ba/Zr и др.) может быть результативным для определения геодинамической обстановки формирования базальтоидов. На тектонических дискриминационных диаграммах щелочные габброиды массива Сахарйок попадают в поле базальтов океанических островов. Следует отметить, что хорошо известные позднеархейские щелочные породы Канадского щита тяготеют к полю островодужных базальтов. На «плюмовую» природу щелочных габброидов массива Сахарйок так же указывают изотопные данные Nd и Sr, по которым последние имеют метасоматизированный обогащенный мантийный источник EM2 типа.

Таким образом, проведенными исследованиями подтверждается позднеархейский возраст щелочного массива Сахарйок, а его геохимические характеристики сходны с таковыми для OIB-магм и указывают на геодинамическую обстановку формирования в виде горячей точки или рифтогенеза, что является уникальным для древнейших щелочных пород Земли.

Исследования проводятся в рамках программы ОНЗ РАН №9.

Литература

Баянова Т.Б. Возраст реперных геологических комплексов Кольского региона и длительность процессов магматизма. СПб.: Наука, 2004. 174 с.

Зозуля Д.Р., Баянова Т.Б., Серов П.А. Возраст и изотопно-геохимические характеристики архейских карбонатитов и щелочных пород Балтийского щита // Доклады АН. 2007. Т. 415. № 3. C. 383-388.

Зозуля Д.Р., Лялина Л.М., Иби Н., Савченко Е.Э. Геохимия руд, минералогия циркона и генезис иттрий-циркониевого месторождения Сахарйок (Кольский полуостров, Россия) // Геология рудных месторождений. 2012. Т.54. №2. C. 99-118.

Blichert-Toft J., Arndt N.T., Ludden J.N. Precambrian alkaline magmatism // Lithos. 1996. V. 37. P. 97–111.