778

 

В.Р. Ветрин*, Е.Н. Лепехина**, А.Н. Ларионов**, С.Л. Пресняков**,

П.А. Серов*

 

Субщелочные калиевые породы шошонит-латитовых серий наиболее распространены в мезозое и кайнозое, где они формировались во внутриконтинентальных подвижных зонах, на активных континентальных окраинах и в пределах островных дуг с мощной (>30 км) корой континентального типа. Наиболее древние (~2650 млн. лет) эффузивные субщелочные породы калиевой специфики известны на Канадском щите в районе оз. Верхнего и в кратоне Ийлгарн Западной Австралии. На Канадском щите шошониты и высококалиевые андезиты входят в состав вулканической ассоциации, несогласно залегающей на толще базальтов, прорванной интрузиями тоналитов и трондьемитов [3]. Очевидно, что выявление и петрологическое изучение древних шошонит-латит-монцонитовых серий имеет существенное значение при изучении специфики и эволюции субщелочного и щелочного магматизма в истории Земли.

Геология. Изученные нами породы неорхейской латит-монцонитовой серии расположены в пределах Верхнепонойского блока, входящего в состав Кейвского сегмента Кольско-Кейвского структурного пояса. Значительная часть территории занята гранитоидами тоналит-гранодиоритового состава, прорывающими породы латит-монцонитовой серии, которые сохранились среди тоналитов лишь в виде массивов площадью до 3-4 км², участков неправильной формы и ксенолитов. Более позднее время образования имеют расположенные в пределах Верхнепонойского блока неоархейские щелочные граниты (2674 ± 6 и 2654 ± 5 млн. лет [5]), габбро-анортозиты и нефелиновые сиениты. В палеопротерозое (~2.1 млрд. лет) субщелочные породы и гранитоиды тоналитового состава были неравномерно рассланцованы, метаморфизованы в условиях эпидот-амфиболитовой и амфиболитовой фаций и местами микроклинизированы.

Петрография. К породам эффузивной фации относятся латиты и кварцевые латиты, которые характеризуются наличием порфировидной, аллотриоморфнозернистой, микродолеритовой, гранофировой структур, местами осложненных процессами бластеза и перекристаллизации. Породы интрузивной фации представлены преобладающими кварцевыми монцонитами, реже монцонитами, кварцевыми сиенитами, и жильные производные – амфиболовыми лейкогранитами. Последние представлены дайками, а также кварц-полевошпатовыми обособлениями с пустотами, содержащими кристаллы кварца размером до 3-4 см., что придает им сходство с камерными пегматитами. Типичной особенностью структурного ансамбля пород интрузивной фации является присутствие идиоморфных, часто резко зональных кристаллов плагиоклаза, погруженных в более мелкозернистый микропегматитовый кварц-полевошпатовый базис, содержащий также гломеробластовые агрегаты темноцветных минералов. Главные породообразующие минералы пород латит-монцонитовой серии представлены плагиоклазом (от 35-40 % анортита (центр) до 25-27 % (край) кварцем, ортоклазом, биотитом (мероксен, F= 59-67), амфиболом (ферроэденит, F= 60-71), пироксеном (субкальциевый салит, F= 36-58) акцессорные – магнетитом, ильменитом, пиритом, цирконом, титанитом, эпидотом, апатитом, алланитом, гранатом, гематитом, молибденитом и рутилом.

Петро-геохимические особенности. По химическому составу латиты и кварцевые латиты относятся к группе средних пород субщелочного ряда, содержащих 5.1-7.0 мас.% щелочей и соотношением K₂O/Na₂O от 0.60 до 0.99. Характерными особенностями состава пород является их повышенная титанистость и высокое содержание железа, что при пониженных концентрациях глинозема и магния определяет их относительно высокую железистость (F= 67-77) и повышенное значение коэффициента агпаитности (Ка = 0.52-0.72). Кварцевые монцониты интрузивной фации по сравнению с метаэффузивами характеризуются более высоким содержанием кремнезема (61-65 %) достигающим, соответственно, 68% и 75% в кварцевых сиенитах и жильных лейкогранитах при сохранении главных особенностей состава пород эффузивной фации – повышенной титанистости, железистости (F до 77-83), агпаитности (Ка до 0.90-0.92) и повышенного содержания калия в сумме щелочей (K₂O/Na₂O= 0.77-1.33). Наличие одинаковых тенденций изменения состава эффузивных и интрузивных пород латит-монцонитовой серии по мере увеличения кремнекислотности свидетельствует об их генетическом единстве и образовании в процессе кристаллизационной дифференциации расплава. Породы эффузивной и интрузивной фаций имеют повышенные концентрации РЗЭ с уменьшением величины отношения (La/Yb)_n от кварцевых латитов (13-16) к кварцевым монцонитам (11-12) и характеризуются наличием отрицательной Eu- аномалии (Eu/Eu* = 0.,7-0.9). Кривые распределения РЗЭ для пород латит-монцонитовой серии и щелочных гранитов региона имеют сходную конфигурацию при существенно более высоких концентрациях легких РЗЭ, уменьшении отношений (La/Yb)_n(8-10) и Eu/Eu* (0,2) в щелочных гранитах (рис. 1). По сравнению с континентальными кварцевыми латитами [2] породы латит-монцонитовой серии обогащены Ti, Fe, P, Zr, Nb, Y, F, имеют повышенные значения коэффициентов железистости, агпаитности и обеднены Mg, Ca, Al, Sr, Ni, Cr. Относительно неоархейских шошонитов и высококалиевых андезитов Канадского щита [3] рассматриваемые породы являются более калиевыми и имеют повышенные значения отношения K₂O/Na₂O при сохранении большинства остальных геохимических особенностей состава.

U–Pb возраст. Датирование цирконов U-Pb методом и определение концентраций РЗЭ в цирконах выполнено на ионном микрозонде SHRIMP-II в ЦИИ ВСЕГЕИ, г. Санкт-Петербург. Циркон образует полупрозрачные призматические кристаллы “цирконового” типа, золотистого цвета, с точечными включениями темноцветных минералов. К_у = 1-4, размер зерен 0.1-0.,5 мм. Кристаллы не зональны или обнаруживают грубую, часто нарушенную зональность, ядра и признаки растворения граней отсутствуют. Кривые распределения РЗЭ являются типичными для магматических цирконов и характеризуются четко выраженными Ce- максимумом и Eu-минимумом. По отношению к хондриту цирконы более чем на 3 порядка обогащены тяжелыми РЗЭ с постепенным увеличением концентраций от Ho к Lu, и величина отношения (Gd/Lu)_nколеблется в пределах 0,05-0.09.Средние концентрации U и Th в цирконах из кварцевого монцонита и кварцевого сиенита составляют, соответственно, 222-224 ppm и 149-168 ppm, Th/U= 0.57-0.67. Для циркона из кварцевого латита характерны более высокие концентрации урана (317 ppm) и тория (378 ppm), Th/U=1.19. Преобладающая часть датированных зерен цирконов относится к конкордантным (рис. 2), и цифры возраста составляют (в млн. лет): 2671 ± 6 (кварцевый латит), 2667 ± 10 (кварцевый монцонит), 2677 ± 5 (кварцевый сиенит), что с учетом ошибок определения ограничивает время магматической кристаллизации пород латит-монцонитовой серии в 2670-2680 млн. лет.

Sm–Nd систематика. Породы латит-монцонитовой серии имеют повышенные концентрации Sm (9-16 ppm) и Nd (41-128 ppm), и отношение ¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Ndсоставляет 0.07-0.13, что приближается к его значению в породах коры (0.12). T_(DM) = 3.3-2.9 млрд. лет, и e_Nd(2675) в преобладающей части пород интрузивной фации имеет положительные значения (0.1-1.0), что определяет их слабо деплетированный мантийный источник. Близкий по составу источник предполагается и для щелочных гранитов Кольского полуострова [1], по геологическим и изотопно-геохимическим данным имеющим более позднее время образования. В породах эффузивной фации наряду с положительными значениями e_Nd(2675) установлены отрицательные значения этой величины (до – 2.6), обусловленные, вероятно, процессами коровой контаминации расплавов.

Обсуждение результатов. Для неоархейских латит-монцонитовых пород Кольского полуострова характерны классификационные петрографические признаки принадлежности к субщелочным шошонит-латит-монцонитовым сериям: ассоциация зональных вкрапленников плагиоклаза с бедным титаном и глиноземом клинопироксеном и щелочным полевым шпатом, образующим как отдельные вкрапленники, так и оболочки на кристаллах плагиоклаза, а также большое количество апатита и алланита, обусловленное повышенными концентрациями в расплаве фосфора и редкоземельных элементов. Незначительная доля гидроксилсодержащих минералов в минеральных парагенезисах начальных этапов кристаллизации расплава, а также тесная пространственная и временная связь эффузивных и интрузивных производных свидетельствует о “сухости” расплава, тогда как наличие зональных вкрапленников плагиоклаза, погруженных в мелкозернистую матрицу монцонитовой, гранофировой и микропегматитовой структуры – об его неравновесной кристаллизации.

По имеющимся представлениям [2, 3] магмы шошонит-латитовых серий формировались в мантии на различных глубинах – в условиях фации гранатовых лерцолитов (шошониты) и шпинелевых лерцолитов (латиты) в результате 5-20 % плавления субстрата и последующей дифференциацией расплавов в промежуточных коровых очагах с образованием кварцсодержащих пород. Внутрикоровое фракционирование глубинных латитовых магм сопровождалось накоплением бария и уменьшением концентрации стронция, что позволяет количественно оценить долю остаточного расплава в этом процессе. На диаграмме в координатах С_Ba – C_Sr точки составов пород эффузивной и интрузивной фаций располагаются на кривой фракционной кристаллизации латитового расплава, определяя в целом небольшие вариации количества остаточного расплава, из которого происходило формирование латит-монцонитовой серии: около 60-70% для эффузивов и не менее 50% для пород интрузивной фации. Внутриочаговая дифференциация расплава, исходного для эффузивных пород, контролировалась кристаллизацией пироксена и в меньшей степени амфибола и титаномагнетита, что сопровождалось уменьшением в расплаве концентраций Ca, Mg, Fe, Ti и накоплением K, Si при малом увеличении содержания натрия. Количество алюминия в породах различной кремнекислотности практически постоянно, что свидетельствует о незначительном участии плагиоклаза в этом процессе. Давление воды при кристаллизации эффузивов оценивалось по имеющейся зависимости содержания кварца от P_H2Oпри кристаллизации кварц-полевошпатовых котектик [4]. Исходя из этого, при содержании около 40 % кварца в кварц-ортоклазовых гранофирах, величина P_H2O при образовании пород не превышала 0.5 кбар. Формирование пород интрузивной фации происходило из расплава, в большей степени обогащенного альбитовым компонентом, что было обусловлено более высоким P_H2O,составлявшим 1-1.5 кбар. Температура кристаллизации сосуществующих вкрапленников полевых шпатов из кварцевых монцонитов для P_H2O= 1 кбар достигала 860-870°С. Кристаллизация кварц-ортоклазовых микропегматитовых срастаний, содержащих 39-40 % кварца, так же как и в случае эффузивов, происходила при более низком давлении воды (≤ 0.5 кбар) и температуре не выше 750-780°С.

Выводы. Формирование латит-монцонитовой серии Верхнепонойского блока Кольского полуострова имело место в возрастном интервале 2670-2680 млн. лет из мантийных магм, образованных при плавлении слабо деплетированного источника и последующей дифференциации расплавов во внутрикоровых очагах. Образование латитов-монцонитов предшествовало внедрению тоналит-гранодиоритовых расплавов и магм щелочногранитного состава, и кристаллизация субщелочных пород происходила при низком давлении воды (≤ 0.5-1.5 кбар) и температуре от 860-870°С до 750-780°С.

Результаты геологического изучения территории и данные по составу пород и минералов позволяют обосновать следующий сценарий формирования производных среднего и кислого магматизма региона. Около 2.8 млрд. лет назад к основанию базитовой нижней коры всплыл мантийный астенолит, давший инъекции расплавов в верхнюю кору, при дифференциации которых были образованы субщелочные породы латит-монцонитовой серии. Последующий прогрев нижней коры в кровле астенолита приводил к ее селективному плавлению с формированием палингенных тоналит-гранодиоритовых магм. Их внедрение в верхнюю кору приводило к существенному уменьшению объемов находящихся там латит-монцонитовых пород, массивы которых подвергались дезинтеграции и замещению тоналитами-гранодиоритами. Переход нижней коры в состояние вязко-пластического течения вследствие увеличения в ней количества новообразованных палингенных расплавов препятствовал дальнейшему проникновению вещества астенолита в верхнюю кору, и более поздний подъем глубинных магм стал возможным только после удаления из нижней коры тоналит-гранодиоритовых расплавов. Дифференциация мантийных магм астенолита, находившихся ~ 5-20 млн. лет в стабильных тектонических условиях после формирования латит-монцонитовой серии, и вследствие этого изменивших свой состав в сторону увеличения щелочности, привела в интервале 2.65-2.67 млрд. лет назад к формированию в верхней коре массивов щелочных гранитов.

 

 

Литература

1. Балашов Ю.А. Генезис щелочных гранитов Кейвского региона (Кольский полуостров) по изотопно-геохимическим и геохимическим критериям // XVII симпозиум по геохимии изотопов. Тез. докл. Москва. 2004. С. 22-23.

2. Геохимия мезозойских латитов Забайкалья. Новосибирск: Наука. 1984. 216 с.

3. Brooks C., Ludden J., Pigeon Y., Hubregste J. Volcanic shoshonite to high-K andesite affinity in an Archean arc environment, Oxford Lake, Manitoba // Canadian Journ. Earth Sciences. 1982. V.19 .№1 P. 55-62.

4. Tuttle O.F., Bowen N.L. Origin of granite in the light of experimental studies in the system NaAlSi₃O₈ – KAlSi₃O₈ – SiO₂ – H₂O // Geol. Soc. Amer., Memor. 1958. V. 74. 153 p.

5. Zozulya D.R., Bayanova T.B., Eby G.N. Geology and age of the Late Archean Keivy Alkaline Province, Northeastern Baltic Shield // J. Geol. 2005. V.113. P .601-608.

 

Подписи к рисункам:

 

Рис. 1. Нормированные к хондриту концентрации РЗЭ в породах эффузивной (1, 2), интрузивной (3, 4) фаций латит-монцонитовой серии, и в щелочных гранитах (5-8).

 

Рис. 2. Диаграммы с конкордией для цирконов из пород латит-монцонитовой серии. Эллипсы погрешностей приведены на уровне 1 сигма, конкордантные значения возраста – на уровне 2 сигма.