УДК 552.33(470.21)
КОНТАКТОВОЕ ВЗАИМОДЕИСТВИЕ АГПАИТОВЫХ МАГМ С ГНЕЙСАМИ ФУНДАМЕНТА: НА ПРИМЕРЕ ХИБИНСКОГО И ЛОВОЗЕРСКОГО МАССИВОВ
© 2011 г. А. А. Арзамасцев*, Л. В. Арзамасцева*, |Г. П. Зарайский**
*Геологический институт Кольского научного центра РАН ул. Ферсмана, 14, Апатиты, Мурманская область, 184209, Россия; e-mail: arzamas@geoksc.apatity.ru **Институт экспериментальной минералогии РАН г.Черноголовка, Московская область, 142432, Россия Поступила в редакцию 17.05.2010 г. Получена после доработки 30.07.2010 г.
Представлены результаты изучения процессов, происходивших в зонах сочленения крупнейших интрузий агааитовых сиенитов с архейскими гнейсами фундамента. Исследования по разрезам вкрест простирания контактов включали определение состава фаз и анализ минеральных парагенезисов, изотопную оценку возраста процессов, анализ поведения в приконтактовых породах петрогенных, летучих элементов и элементов-примесей. Установлено, что приконтактовые зоны массивов представлены продуктами ранне- и позднемагматической стадий контактового взаимодействия, отражающего последовательные этапы единого процесса преобразований гнейсов, начинавшегося с момента заполнения расплавами магматического резервуара и заканчивая поздне- и постмагматическими процессами, связанными с развитием в гнейсах системы щелочных жил и тел пегматоидов. В Хибинах процессы раннего щелочного метасоматоза имели локальный диффузионный характер и были связаны с прямым термальным и химическим воздействием щелочных расплавов на гнейсы. В Ловозерском массиве метасоматоз, преимущественно связанный с позднемагматическими жилами, сформировавшимися 359 ± 5 млн. лет назад, имел инфильтрационный характер и проходил непосредственно после консолидации главных интрузивных серий. Метасоматические преобразования, происходившие на ранне- и позднемагматической стадиях воздействия агпаитовых расплавов на гнейсы, определили разные условия закрытия и, соответственно, поведение Rb-Sr и Sm-Nd изотопных систем в приконтактовых процессах: если в ходе взаимодействия агпаитовых расплавов с гнейсами произошло изменение отношения (87Sr/86Sr)(T = 370 млн лет) в результате обогащения радиогенным Sr из архейских пород рамы, то Sm-Nd изотопные характеристики сиенитов зоны эндоконтакта и жил сохранили мантийные значения, отвечающие средним для пород внутренних частей интрузий. Экспериментальные данные, модельные расчеты и натурные наблюдения свидетельствуют о подвижности Nb, Ta, Zr, Hf и REE в зоне контактового воздействия агпаитовых расплавов. Учитывая данные по флюидному режиму агпаитовых расплавов и содержаниям летучих компонентов в зонах контактов, предполагается, что главную роль в переносе редкоземельных и высокозарядных элементов в
— 2—
условиях контактового метасоматоза могли играть лиганды F-, Cl и SO4 .
ВВЕДЕНИЕ
Метасоматоз на контактах щелочных интрузий представляет особый интерес для исследователей, поскольку изучение процессов, происходящих на границах резко различающихся по составу и физическим характеристикам сред, позволяет не только определить условия внедрения магматических тел, но и расшифровать механизм метасоматических преобразований пород, в первую очередь особенности перераспределения петрогенных и редких элементов. В ходе контактового воздействия щелочных магм, геохимическая специфика которых определяется повышенными содержаниями крупноионных литофильных (LILE) и высокозарядных (HFSE) элементов, формируются соизмеримые с размерами массивов мощные зоны фенитов с редкометалльной и нередко уникальной минерализацией. До настоя-
щего времени главным объектом исследований являлись зоны фенитизации щелочно-ультраоснов-ных массивов с карбонатитами, для которых был определен характер смены минеральных парагенезисов, установлены P-T условия протекания процессов и определены общие тренды миграции элементов (Евдокимов, 1982; Andersen, 1989; Morogan, 1989; Morogan, Lindblom, 1995; Druppel et al., 2005; Расс и др., 2006). В составе Кольской щелочной провинции, которую составляют интрузии карбонати-тов, щелочно-ультраосновных пород и агпаитовых сиенитов, сложные многофазные массивы Хибин и Ловозера занимают центральное место. Гигантские размеры интрузий позволяют предполагать значительное контактное воздействие на породы рамы, которое должно было проявиться не только в термическом, но, прежде всего, в метасоматическом пре-
образовании докембрийских гнейсов и сланцев. Проведенные в 70-х годах исследования (Тихонен-кова, Скосырева, 1964; Тихоненкова, 1967; Горстка, 1971; Зак и др., 1972; Галахов, 1975, Шлюкова, 1986; Чащин, 2007) обнаружили весьма специфическое строение контактовых зон массивов: (1) незначительные масштабы преобразований пород рамы непосредственно в зонах экзоконтактов; (2) присутствие среди эндоконтактовых нефелиновых сиенитов гигантозернистых и пегматоидных разностей с редкометалльной минерализацией; (3) спорадическое локальное развитие в эндоконтактах мелкозернистых щелочных сиенитов, аналоги которых среди пород внутренних зон массивов отсутствуют; (4) наличие в экзоконтактовых зонах жил щелочных сиенитов и щелочных пегматоидов.
Задачей наших исследований, результаты которых представлены в настоящей статье, явилась оценка характера взаимодействия щелочных агпаи-товых расплавов с породами докембрийского гнейсового фундамента, что включало не только геолого-петрографическое изучение строения контактов массивов, но и (1) изучение минеральных парагене-зисов и характера изменения составов минералов пород экзо- и эндоконтакта; (2) анализ вариаций главных петрогенных и редких элементов по разрезам, пересекающим контактные зоны; (3) экспериментальное моделирование процессов щелочного метасоматоза. Полученные результаты позволили оценить масштабы метасоматических изменений пород экзо- и эндоконтакта, определить тренды изменения минеральных ассоциаций и, главное, установить особенности перераспределения элементов-примесей в пределах зоны экзо- и эндоконтактов.
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ КОНТАКТОВЫХ ЗОН
Ловозерский и Хибинский массивы прорывают породы архейского фундамента, относящиеся к Кольско-Норвежскому домену (Ва^Иоу й а1., 1992; Балаганский и др., 1998). Непосредственно к контактам массивов примыкают гранат-биотитовые пара- и ортогнейсы, эндербиты и гиперстеновые диориты, метаморфизованные в условиях амфиболито-вой или гранулитовой фаций (Балаганский и др., 1998; Слабунов и др., 2006) (рис. 1).
В Хибинском массиве, согласно геофизическим данным (Арзамасцев, Глазнев, 2004), нефелиновые сиениты периферической части массива ("хибини-ты") образуют кольцевое тело, имеющее в западной части максимальную мощность (до 8 км). Северный контакт нефелиновых сиенитов с архейскими породами фундамента прослеживается до глубины 3 км. Ниже располагается мощная зона высокоплотных пород, отвечающая породам щелочно-ультраоснов-ной серии. Наиболее полные разрезы контактовой зоны представлены в районе гор Северный Ляво-чорр и Китчепахк, где с гнейсами контактируют
крупнозернистые нефелиновые сиениты ("хибини-ты") (рис. 2, 3). Видимая мощность зоны фенитиза-ции не превышает 10 м. На удалении до 0.5 км от массива в приконтактовых гнейсах встречаются жилы мелкозернистых щелочных сиенитов ("умпте-китов" по (Галахов, 1975)). Эти же породы формируют краевую зону массива, причем в эндоконтакте щелочные сиениты разбиты жилами пегматоидных нефелиновых сиенитов с крупными выделениями K-Na полевого шпата, клинопироксена, нефелина и эвдиалита.
В Ловозерском массиве разрез контактовой зоны изучен в северо-восточной части (гора Вавнбед), где она вскрыта многочисленными горными выработками (шурфы, канавы, расчистки) (рис. 4). Данные трехмерного плотностного моделирования показывают (Arzamastsev et al., 2000), что Ловозерский массив в этой части имеет двухъярусное строение. Верхняя зона, сложенная породами дифференцированного лопаритоносного комплекса луявритов-фойяитов-уртитов, имеет субвертикальный внешний контакт и прослеживается до глубины 1—2 км. Ниже располагаются породы с высокой плотностью, что позволяет предполагать присутствие в этой зоне относительно крупной интрузии щелочных ультрамафитов. Вмещающие породы массива представлены архейскими биотит-амфиболовыми гнейсами. Эндоконтактовая зона сложена массивными нефелиновыми сиенитами, при приближении к контакту постепенно переходящими в эги-рин-амфибол-нефелин-калишпатовые пегматоиды с крупными шлировидными выделениями эвдиалита. Преобразования пород фундамента связаны преимущественно с воздействием на них поздних пег-матоидных жил с цирконовой и ильменитовой минерализацией. Жилы, известные в литературе как "пегматоидная метасоматическая зона горы Вавнбед", "пегматитовое тело № 24" или "жилы цирко-новых микроклинитов" (Власов и др., 1959; Тихо-ненков, Тихоненкова, 1960; Буссен, Сахаров, 1972; Семенов, 1972; Пеков, 2001), сложены крупнозернистым эгирин-альбит-микроклиновым агрегатом с цирконом и ильменитом. Отдельные кристаллы циркона достигают размера 10 мм. В качестве ак-цессориев присутствуют титанит, апатит, пирохлор, фосфаты редких земель, лоренценит, лампрофиллит. И.В. Пековым (2001) отмечены также анатаз, монтмориллонит, крандаллит, нарсарсукит, нонтронит.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В 58 образцах, представляющих основные разновидности пород из контактов обоих массивов, были определены содержания петрогенных и редких элементов, включая полный спектр редкоземельных элементов (REE). Концентрации главных элементов определялись методом атомной абсорбции в Геологическом институте КНЦ РАН. Измерения проводили из одной навески породы после разложе-
Рис. 1. Схема геологического строения Хибинского и Ловозерского массивов.
Хибинский массив: 1 — карбонатиты, 2 — пуласкиты, 3 — фойяиты, 4 — неравнозернистые нефелиновые сиениты, 5 — рисчор-риты, ювиты, уртиты массивные, 6 — апатито-нефелиновые породы, 7 — ийолиты, мельтейгиты, 8 — крупнозернистые трахи-тоидные нефелиновые сиениты, 9 — крупнозернистые массивные нефелиновые сиениты ("хибиниты"). Ловозерский массив': 10 — эвдиалитовые луявриты, 11 — луявриты, фойяиты, уртиты дифференцированного
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.