ГЕОЛОГИЯ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ, 2014, том 56, № 6, с. 461-485
УДК 553.81:552.323.6
ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МАНТИЙНОГО МЕТАСОМАТОЗА ПРИ ФОРМИРОВАНИИ КИМБЕРЛИТОВ СЕВЕРА ВОСТОЧНО-ЕВРОПЕЙСКОЙ ПЛАТФОРМЫ © 2014 г. А. В. Каргин
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН 119017, Москва, Ж-17, Старомонетный пер., 35 Поступила в редакцию 12.03.2014 г.
Рассмотрены геохимические особенности мантийного метасоматоза при формировании кимберлитов и родственных пород севера Восточно-Европейской платформы (ВЕП) с учетом их химической систематики и геодинамической позиции. Объектами исследования послужили палеопротерозой-ские кимберлиты Кимозера, мезопротерозойские оранжеиты Карелии, неопротерозойские кимберлиты Финляндии и девонские кимберлиты Архангельской алмазоносной провинции (ААП). Кимберлиты ВЕП обладают широкими вариациями концентраций породообразующих петроген-ных оксидов и редких элементов. Это может быть связано с процессами вторичных изменений, принадлежностью кимберлитов к различным литофациальным разновидностям и особенностями состава их источников. Существующее разнообразие кимберлитов ВЕП объясняется с позиции взаимодействия астеносферного, протокимберлитового расплава, с деплетированной или метасомати-чески обогащенной литосферной мантией. Для выявления особенностей мантийного метасоматоза была предложена диаграмма (/г/$ш)и—Сг/№.
Сопоставление геодинамической позиции формирования кимберлитов ВЕП с выявленными геохимическими особенностями мантийного метасоматоза показывает, что кимберлиты, в состав источника которых входят метасоматические ассоциации типа МАКТО, формировались в условиях смены суперконтинентальных циклов, когда распад крупного суперконтинента проходил в начальные стадии сборки нового. Это характерно для кимберлитов Кимозера, оранжеитов Карелии и кимберлитов ААП. Кимберлиты Финляндии образовались в геодинамических условиях распада суперконтинента, синхронно с ними имело место обильное проявление внутриплитно магматизма основного состава, и им присущи геохимические черты преимущественного астеносферного источника. Промышленно-алмазоносные девонские кимберлиты ААП демонстрируют подчиненную роль ме-тасоматической литосферной компоненты в своем генезисе на фоне более значимого взаимодействия выплавок из астеносферного материала и деплетированной литосферной мантии.
БО1: 10.7868/80016777014060033
ВВЕДЕНИЕ
Как показывают последние исследования в области петрологии кимберлитового магматизма, разнообразие его состава определяется в первую очередь характером взаимодействия компоненты астеносферного источника с литосферной мантией, которая могла испытать различные этапы метасоматического обогащения. Характер такого метасоматического преобразования может играть определяющую роль в особенностях геохимического состава кимберлитов (Mitchell, 1995; Taylor et al., 1994; Tappe et al., 2008, 2013).
Например, при формировании кимберлитов группы 1 Южной Африки на первый план выходит взаимодействие протокимберлитовых асте-носферных выплавок с деплетированной мантией и/или обогащенной мантией в основании кра-тонной литосферы (Mitchell, 1995; Taylor et al.,
Адрес для переписки: А.В. Каргин. E-mail: kargin@igem.ru
1994). Ряд моделей также допускает присутствие переработанной океанической литосферы в области генерации протокимберлитовых астеносфер-ных расплавов (Ringwood et al., 1992; Taylor et al., 1994; Tappe et al., 2013). Формирование лампрои-товых и ряда лампрофировых расплавов происходит при непосредственном участии метасомати-ческих жил типа MARID (производные преимущественно водного метасоматоза, Foley, 1992; Tappe et al., 2008); при генерации кимберлитов группы 2 Южной Африки (оранжеитов) ключевую роль играют флогопит-карбонатные метасоматические образования (например, карбонат-глиммеритовые жилы, флогопит-ильменит-кли-нопироксеновые ассоциации) (Gregoire et al., 2002; Becker et al., 2006). Такой обогащенный компонент должен был формироваться при плавлении древней субкратонной литосферы (Taylor et al., 1994) либо образовывался при плавлении нижней части кратонной литосферной мантии, которая
содержала эклогитовые горизонты (Mitchell, 1995). Также не исключено, что такой метасома-тический агент мог быть привнесен астеносфер-ной мантией или уже находился в литосферной мантии к моменту выплавления кимберлитов.
В последнее время в научном сообществе доминируют модели, согласно которым источником мантийного метасоматоза служат флюиды/расплавы, образованные в результате частичного плавления субдуцируемой океанической коры, в первую очередь содержащихся в ней осадков (например, Grassi et al, 2011). Важными факторами являются РТ-условия верхней мантии, угол погружения слэ-ба, состав или объемы осадочной части субдуциру-емой океанической плиты либо ее эклогитовых фрагментов, а также достижение РТ-условий соли-дуса карбонатсодержащих расплавов. Например, экспериментальные исследования показали, что при умеренных РТ-параметрах (Р > 2.5 ГПа, Т > > 900°C) плавящиеся осадки слэба генерируют водные щелочно-силикатные расплавы, под воздействием которых в подошве литосферы могут формироваться жилы, содержащие амфибол и флогопит (типа MARID), а в ходе дальнейшего погружения фрагмента слэба при параметрах Р = = 3.7—5.0 ГПа, Т > 1100°C плавящиеся осадки могут генерировать уже карбонатные расплавы (Thomsen et al., 2008). В работе (Enggist et al., 2012) было показано, что ассоциация флогопит + магнезит может быть устойчива при низких температурах (<1250°C), отвечающих геотерме 40 мВт/м2 и холоднее, а также при Р > 6 ГПа. Из этого следует, что в низах (200—180 км) холодной литосферной мантии под воздействием К-Н2О-СО2-флюидов могут формироваться и сохраняться области, содержащие флогопит-карбонатный метасоматиче-ский ансамбль (Enggist et al., 2012).
При этом метасоматический компонент формируется непосредственно во время субдукцион-ных процессов (например, Grassi et al., 2011), что характерно для источника синорогенных лампро-итов и лампрофиров, либо в результате плавления захороненных эклогитовых фрагментов слэба в восходящем астеносферном потоке (Ringwood et al., 1992; Tappe et al., 2013), либо задолго до генерации кимберлитовых расплавов (Nowell et al., 2004; Becker et al., 2006).
Основными подходами при оценке природы метасоматической ассоциации являются изучение радиогенных изотопных систем валовых проб кимберлитов и мегакристных ассоциаций из них (Rb-Sr-, Sm-Nd-, Lu-Hf-системы), исследование метасоматизированных ксенолитов мантийных пород, а также глубинных включений в алмазах и других ксенокристах. В данной работе характеристика метасоматического парагенезиса будет рассмотрена с позиции химической систематики
кимберлитов и родственных пород севера Восточно-Европейской платформы (ВЕП) с учетом их геодинамической позиции.
Необходимо оговорить, что далее термин "кимберлиты" будет использоваться как термин, объединяющий многие глубинные ультраосновные/основные породы с повышенной щелочностью, а при необходимости для конкретизации будут использоваться такие термины, как кимберлиты группы 1, 2 Южной Африки, лампроиты, оранжеиты и айлликиты. Данная работа основана на обобщении литературных данных по химическому составу кимберлитов севера ВЕП, а также новых данных для кимберлитов Кимозера.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Содержания главных петрогенных компонентов и ряд редких элементов (Cr, V, Co, Ni, Cu, Zn, Rb, Sr, Zr, Ba, Y, Nb, Pb) для кимберлитов Кимозера определяли методом рентгенофлюоресцентно-го анализа (РФА) в ИГЕМ РАН на спектрометре PW-2400 производства компании Philips Analytical B.V. Подготовка препаратов для определения породообразующих элементов выполнена путем плавления 0.3 г порошка с 3 г тетробората лития в индукционной печи. Точность анализа составляла 1—5 отн. % для элементов с концентрациями выше 0.5 мас. % и до 12 отн. % ниже 0.5 мас. %.
Малые и редкие элементы (Li, Be, Sc, Ga, Cs, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf, Ta, Th, U) определяли методом индукци-онно-связанной плазмы с масс-спектрометриче-ским окончанием анализа (ICP-MS) в ИПТМ РАН. Разложение образцов пород проводили путем кислотного вскрытия в автоклаве. Контроль химического выхода при проведении процедуры разложения образцов осуществляли добавлением 161Dy. Пределы обнаружения (ПО) для REE, Hf, Ta, Th, U составляли 0.02—0.03 ppm, для Nb, Be, Co - 0.03-0.05 ppm, для Li, Ni, Ga, Y - 0.1 ppm, для Zr — 0.2 ppm, для Rb, Sr, Ba — 0.3 ppm, для Cu, Zn, V, Cr — 1—2 ppm. Правильность анализа контролировали путем измерения стандартных образцов GSP-2, BM, СГД-1А, СТ-1. Относительное стандартное отклонение для всех образцов не превышало 0.3 при измерении содержания этих элементов до 5*ПО и не превышало 0.15 при измерении содержания >5*ПО.
Перед проведением аналитических исследований все образцы кимберлитов были просмотрены в шлифах с целью отбора наименее измененных разностей с невысоким количеством ксеногенного материала (порфировые кимберлиты); при отсутствии таковых изучались автолитовые кимберли-товые брекчии и кимберлитовые брекчии с минимальным содержанием ксеногенного материала.
Фиг. 1. Схема тектонического районирования севера ВЕП с вынесенными на нее местами проявлений кимберлито-вого магматизма. Составлена на основе (Самсонов и др., 2009; Вс^апсгуа etа1., 2008). 1—3 — Архейские блоки: 1 — ме-зоархейского возраста, 2 — неоархейского возраста, 3 — неустановленного возраста; 4 — архейская кора, переработанная в течение палеопротерозоя (1.95—1.90 млрд лет); 5—7 — палеопротерозойские структуры: 5 — 2.45 млрд лет, 6 — 2.45—1.75 млрд лет с многоэтапным развитием, 7 — 2.00—1.70 млрд лет, свекофенская область; 8 — ТТГ ортогнейсы, гра-нитоиды, 2.00—1.80 млрд лет; 9—12 — кимберлитовый магматизм: 9 — поздне-палеопротерозойского времени, 10 — ме-зопротерозойского времени, 11 — неопротерозойского времени, 12 — палеозойского времени.
Образцы кимберлитов подвергались перед дроблением и истиранием дезинтеграции с последующим удалением под бинокулярным микроскопом ксеногенного материала размерностью от
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.