764

А. А. Арзамасцев *, В. Н. Глазнев *, Б. В. Беляцкий **

 

Анализ результатов мультидисциплинарных работ по изучению субкратонных областей показывает присутствие под щитами древних корней или зон мантийного “киля”, имеющих мощность до 250 км, не вовлекавшихся в конвективный кругооборот, дрейфующих вместе с литосферой и сохраняющих следы эндогенных событий, происходивших в течение длительной истории щитов.

В пределах Кольской части Фенноскандии выделяют несколько циклов эндогенной активности, каждый из которых сопровождался проявлениями мантийного магматизма. Наиболее крупными явились протерозойский и палеозойский этапы магматизма, разделенные длительным амагматическим периодом длительностью более 1 млрд. лет. Особенностью размещения щелочных массивов является пространственная совмещенность областей протерозойского и палеозойского магматизма: в непосредственной близости от Хибинского массива (362 – 378 млн. лет) располагается массив Соустова (1860 ± 12 млн. лет [4]). К северу от протерозойского массива Гремяха-Вырмес залегает палеозойский карбонатитовый комплекс Себльявр. В южной части беломорского пояса расположены протерозойские щелочные ультраосновные и карбонатитовые интрузии Елетьозеро-Тикшеозеро и палеозойские карбонатитовые массивы Вуориярви, Салланлатва, Ковдозеро, Кандагуба.

С раннепротерозойским этапом связано развитие рифтогенного Печенгско-Варзугского пояса, в формировании которой выделяют 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 [3]. В заключительный период 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 = 0.7023). Sr-Nd изотопные характеристики указывают на значительную долю корового компонента в образовании сиеногранитов массива. С другой стороны, происхождение ультрабазитовой и фоидолитовой серий связано, по-видимому, с эволюцией разных мантийных источников, причем фоидолиты имеют сходные изотопные характеристики с карбонатитами протерозойского массива Тикшеозеро [2]. Масс-балансовые расчеты трендов эволюции ультраосновной серии массива Гремяха-Вырмес обнаружили близость состава исходных магм этого массива 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 изотопные данные показывают аномально высокое первичное отношение стронция в породах массива, составляющее ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr_(t)=0.7215. 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. Геохимические черты указывают на значительную долю корового компонента при формировании пород массива, однако это 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 нами [4] предложена 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.

Результаты изучения протерозойских интрузий приводят к выводу, что в ходе процессов плюм-литосферного взаимодействия в период 1.9 млрд. лет, сублитосферная мантия региона испытала метасоматоз, в результате которого в мантийном киле сформировались области, обогащенные некогерентными элементами и способные продуцировать щелочные и карбонатитовые расплавы. Незначительная магматическая активность в течение последующего периода длительностью 1 млрд. лет, свидетельствует о стабильности области мантийного киля в условиях плейттектонических процессов. На протяжении этого периода единственными свидетельствами существования аномально обогащенной мантии являются лампроиты района Кухмо-Костомукша (Сев. Карелия), имеющие возраст 1230 млн. лет и кимберлиты района Каави-Куопио в центральной Финляндии с возрастом около 600 млн. лет. Таким образом, последовавшие в палеозое эндогенные процессы происходили не в условиях взаимодействия вещества плюма с обедненной в ходе архейского и протерозойского корообразования сублитосферной мантией, а с метасоматизированным в протерозое мантийным субстратом.

Палеозойский этап магматизма в северо-восточной Фенноскандии проявился внедрением в полностью стабилизированные блоки докембрийского фундамента крупнейших агпаитовых массивов, карбонатитовых интрузий, роев щелочных даек и алмазоносных кимберлитов. Проведенная оценка первичных составов Кольской щелочной провинции и моделирование поведения микроэлементов при плавлении мантийных субстратов показало невозможность получения первичных расплавов провинции из состава примитивной мантии даже при предельно низких степенях плавления. С другой стороны, обоснована вероятность возникновения в палеозое первичных расплавов в результате низких степеней плавления субстрата, степень обогащения которого значительно превышала средние содержания несовместимых элементов в примитивной мантии [1]. 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, т. е отвечающей наблюдаемой на поверхности области развития щелочного магматизма. Исходя из этого, можно полагать, что значительное обогащение мантийного субстрата не могло быть достигнуто в ходе одноактного воздействия палеозойского плюма на субкратонную мантию. Таким образом, появление в ходе палеозойского цикла эндогенной активности щелочных расплавов, образовавших гигантские скопления некогерентных элементов в крупнейших агпаитовых массивах, связано с неоднократным плюм-литосферного взаимодействием, происходившим в ходе протерозойского и палеозойского циклов эндогенной активности.

 

Поддержано финансами РФФИ (грант 06-05-64130, ОНЗ РАН программа 4 и НШ-4818.2006.5).

 

Литература

1. 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, т. 3, № 1. С. 1-35.

2. Беляцкий Б.В., Тихомирова М., Савва Е.В. Возраст и генезис протерозойского щелочно-ультраосновного Тикшеозерского массива (Северная Карелия): результаты Pb-Sr-Nd изотопных исследований. // Изотопное датирование геологических процессов: новые методы и результаты. 2000 г., Москва. С. 34-36.

3. 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.

4. 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.