Сфены Беломорской и Карельской провинций Фенноскандинавского щита: состав и изотопный возраст (предварительные результаты). Нестерова Н. С. // Металлогения древних и современных океанов–2008. Рудоносные комплексы и рудные фации. Миасс: ИМин УрО РАН, 2008.

 

Представлен анализ химического состава сфенов из пород пограничной зоны Карельской и Беломорской провинций Фенноскандинавского щита, приведен их изотопный возраст и интерпретация полученных данных. Возраст большинства сфенов Беломорской провинции составляет 2.0–1.75 млрд лет, возраст сфенов Карельской провинции более древний – 2.7 млрд лет.

 

Илл. 1. Библ. 7.

Н. С. Нестерова

(научный руководитель А. И. Слабунов)

Материалы для данной публикации были собраны в ходе четырех полевых сезонов в составе отрядов лаборатории петрологии и тектоники ИГ КарНЦ РАН. Автор принимала участие в картировании детального участка оз. Коржино (экспедиционные работы 2003, 2004 гг.), а также в изучении участка оз. Шуя (2004, 2005 гг.) и северной части Беломорской провинции (2007 г.). Подготовка сфенов к изотопному U-Pb-датированию проходила в 2006 г. в геохронологической лаборатории ГЕОХИ РАН (Москва) под руководством д.г.-м.н. Е. В. Бибиковой. Там же на масспектрометре определялся их изотопный возраст. Химический состав сфенов (50 определений) исследовался на микрозондовом анализаторе TESCAN (ИГ КарНЦ РАН).
По результатам лабораторных и полевых работ при участии автора (девичья фамилия Кушкова) опубликованы работы [Кушкова, 2006; Сибелев и др., 2006; Фузган и др., 2006].

В пределах Фенноскандинавского щита выделяются Беломорская и Карельская провинции (БП и КП), которые сложены преимущественно архейскими образованиями. КП по своим параметрам относится к неоархейскому кратону. БП по особенностям строения и эволюции позволяет считать ее докембрийским подвижным поясом. В пределах БП, как и в других орогенических поясах, устанавливаются офиолиты, фрагменты островодужных ассоциаций, различные магматические и метаморфические комплексы – показатели коллизионной и постколлизионной стадий развития орогена [Слабунов, 2005].

В палеопротерозое (2.0–1.8 млрд лет) БП находился под влиянием Лапландско-Кольского орогена, который не затронул КП. В результате Лапландской коллизии произошла эксгумация пород неоархейского орогена [Слабунов, 2005]. Помимо восстановления истории развития Беломорья в архее, всегда стоял вопрос о возрасте эксгумации пород на поверхность. Сфен, благодаря относительно невысокой температуре закрытия изотопной системы, является наиболее подходящим минералом-геохронометром для решения этой задачи [Бибикова и др., 1999].

Для сфена (титанита) CaTi[SiO₄](O,OH,F) характерен широкий спектр изоморфных замещений. Кальций может частично замещаться стронцием, барием, торием, редкими землями, причем более высокая валентность последних уравновешивается вхождением трехвалентного железа и алюминия в позиции титана [Дир и др., 1965]. Но только вхождение урана в кристаллическую решетку сфена позволяет использовать его в качестве геохронометра.

Интенсивное геохронологическое изучение сфенов началось в 80-х гг., когда была установлена температура закрытия изотопной U-Pb-системы, и сфен стал использоваться при изучении термальной истории в полиметаморфических регионах. В ранних петрологических работах температура закрытия изотопной U-Pb-системы сфенов принималась равной 550–600 °С, в более поздних петролого-геохронологи­ческих публикациях она была пересмотрена в сторону повышения до 650–700 °С. Экспериментальное изучение параметров диффузии свинца в сфенах различного размера зерна позволило Д. Дж. Черняку (1993) определить температуру закрытия изотопной U-Pb-системы сфенов радиусом в 300 мкм при скорости остывания в 2 °С / млн лет, равную ~700 °С, и именно эта температура принимается с тех пор в качестве температуры закрытия изотопной U-Pb-системы в сфенах. Однако, в пределах БП и КП температура метаморфизма, как правило, не превышала 500–600 ºС [Володичев, 1987], а «перезапуск» изотопной системы сфенов происходил [Бибикова и др., 1999], что означает, что экспериментальные данные о температуре закрытия сфена требуют уточнения.

Важно отметить, что изотопный возраст сфена «обнулится», и начнется новый отсчет времени, если после кристаллизации произойдет повышение температуры свыше 700 (500) ºС. Таким образом, сфен фиксирует возраст понижения температуры ниже данной отметки [Бибикова и др., 1999] либо возраст вывода геологического тела из области высоких температур в область с температурой ниже закрытия системы сфена.

Из пород БП и КП были отобраны 9 проб, из которых выделен сфен. Для изучения состава и геохронологического датирования под бинокуляром отбирался наиболее темный и прозрачный сфен, без включений и ярко выраженных дефектов. Сфены, отобранные из пород КП, имеют архейский возраст (2739.3 и 2854 млн лет), а из БП – протерозойский (1804.7–1897.6 млн лет) [Фузган и др., 2006]. Исключение составляет одна проба (участок оз. Шуя), ее возраст не вполне конкордантный (т.е. величиныдвух изотопных отношений ²⁰⁶Pb/²³⁸U и ²⁰⁷Pb/²³⁵Uне ложатся на графике на конкордию).

Сфены из гранитогнейсов, отобранных в пограничной зоне БП и КП (район оз. Шуя), несколько отличаются от других. В них наблюдаются реликты архейского возраста (2636.3±1.4 млн. лет) [Фузган и др., 2006].

Результаты изучения состава сфенов из различных проб БП суммированы на графике (рис.). На нем показано отклонение состава зерен от среднего значения (дельта). Из графика видно, что отклонение содержания окислов в пробе со свекофенским возрастом (участок р. Куз-река) значительно ниже, чем в пробе, в которой отмечены реликты архейского возраста (участок оз. Шуя), т.е. состав сфенов архейского возраста более гетерогенен.

Необычный возраст сфена из пробы с участка оз. Шуя можно объяснить тем, что сфен сохранил свою возрастную память, т.е. возраст некоторых зерен сфена в этой пробе при последнем термальном событии не «обнулился», а сохранил возраст предыдущего события. Гетерогенность химического состава сфенов, вероятно, также связана с тем, что в пробе сосуществуют зерна разных возрастных генераций. Возможно, это произошло потому, что вблизи границы БП и КП термальная переработка была недостаточно интенсивной.

Таким образом, полученные и имеющиеся [Бибикова и др., 1999] данные по геохронологии сфена показывают, что возраст большинства из них в БП колеблется в пределах 2.0–1.75 млрд лет, а в КП – древнее 2.7 млрд. лет. Вероятно, существует связь между гетерогенностью состава и возраста сфенов.

 

1.    Бибикова Е. В., Слабунов А. И., Богданова С. В., Шельд Т. Тектоно-термальная эволюция земной коры Карельской и Беломорской провинции Балтийского щита в раннем докембрии по данным изотопного U-Pb-исследования сфенов и рутилов // Геохимия, 1999. № 8. С. 842–857.

2.    Володичев О. И. Геология Карелии. Л.: Наука, 1987. 231 с.

3.    Дир У. А., Хауи Р. А., Зусман Дж. Породообразующие минералы Т. 1. М.: Мир, 1965. 370 с.

4.    Кушкова Н. С. Коржинская зона меланжа в Керетском зеленокаменном поясе: геология, метаморфизм, U-Pb-возраст сфена // Научно-исследовательская работа студентов. Материалы 58-й научной студенческой конференции. Петрозаводск: ПетрГУ, 2006. С. 199–200.

5.    Сибелев О. С., Кушкова Н. С., Анисимов П. Н. Тектонометаморфиты зон меланжа Беломорского подвижного пояса (на примере структуры р-на оз. Коржино) // Геология и полезные ископаемые Карелии. Вып. 9. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2006. С. 23–36.

6.    Слабунов А. И. Геология и геодинамика Беломорского подвижного пояса Феноскандинавского щита. Автореф. дис. … докт. геол.-минер. наук. М.: ГИН, 2005. 46 с.

7.    Фузган М. М., Кирнозова Т. И., Слабунов А. И., Бибикова Е. В., Кушкова Н. С. Граница Беломорский подвижный пояс – Карельский кратон: данные U-Pb изотопного исследования сфенов Южного Беломорья // Изотопное датирование процессов рудообразования, магматизма, осадконакопления и метаморфизма. М.: ГЕОС, 2006. С. 371–373.