УДК 552.323.6
МЕЗОПРОТЕРОЗОЙСКИЕ ОРАНЖЕИТЫ (КИМБЕРЛИТЫ II) ЗАПАДНОЙ КАРЕЛИИ: МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ, ГЕОХИМИЧЕСКИЕ И Nd-Sr ИЗОТОПНО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ
© 2014 г. А. В. Каргин, А. А. Носова, Ю. О. Ларионова, В. А. Кононова, С. Е. Борисовский, Е. В. Ковальчук, И. Г. Грибоедова
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН Старомонетный пер., 35, Москва, 119017, Россия; e-mail: kargin@igem.ru Поступила в редакцию 16.05.2012 г. Получена после доработки 18.09.2013 г.
Проведено изучение минералогических и петролого-геохимических особенностей мезопротеро-зойских (1.23—1.20 млрд лет) щелочно-ультраосновных пород Западной Карелии, распространенных в районах Костомукши—Таловейса (Россия) и Лентиира—Кухмо (Финляндия). По минеральным и геохимическим особенностям эти породы более близки к кимберлитам группы II Южной Африки (оранжеитам), чем к оливиновым лампроитам или ультрамафитовым лампрофирам. По составу фенокристов среди изученных оранжеитов нами выделено три минералогических типа: Cpx-Phl-Ol, Phl-Olи Phl-Carb оранжеиты. Оранжеиты Cpx-Phl-Olтипа из Костомукши заметно отличаются от оранжеитов того же Cpx-Phl-Ol типа из Лентиира. Вещественные характеристики оранжеитов Phl-Ol типа свидетельствуют об интенсивной фракционной кристаллизации расплавов; оранжеиты Cpx-Phl-Ol типа из Костомукши несут признаки интенсивной ассимиляции литосферного материала. Оранжеиты Phl-Carb типа из Таловейса и Cpx-Phl-Ol типа из Лентиира наиболее близки к первичным расплавам.
Для оранжеитов Костомукши характерны низко- и умеренно-радиогенные значения отношений (87Sr/86Sr)1220, варьирующие от 0.7038 до 0.7067. Оранжеиты Phl-Carb типа Таловейса отличаются менее радиогенным изотопным составом Nd (sNd от —11 до —12) по сравнению с Cpx-Phl-Ol и Phl-Ol оранжеитами Костомукши (sNd от —6.9 до —9.4).
В оранжеитах Cpx-Phl-Ol типа из Лентиира был обнаружен свежий оливин. По морфологии и составу оливины можно разделить на три генерации: 1) крупные кристаллы с округлыми контурами, обычно зональные, состав ядра Fo92, содержание NiO 0.33—0.37 мас. % и СаО 0.03—0.04 мас. %; это могут быть ксенокристы из деплетированных перидотитов; 2) оливины средних размеров неправильной формы с округлыми контурами, зонального строения, состав ядра Fo82-83, содержание СаО 0.03—0.05 мас. %, NiO 0.12—0.17 мас. % и MnO до 0.40 мас. %; эти оливины также были захвачены оранжеитовым расплавом, и, скорее всего, представляют кумулаты базитовых расплавов либо происходят из метасоматизированных перидотитов; 3) мелкие идиоморфные оливины и идентичные им по составу каймы ксенокристов, отвечающие Fo88-89, имеют содержание СаО 0.10—0.42 мас. %, NiO 0.14—0.35 мас. % и MnO до 0.07—0.21 мас. %; их происхождение с наибольшей вероятностью связано с кристаллизацией из кимберлитового расплава.
С помощью Nb-Fe-перовскитового оксибарометра оценено значение /0 кимберлитового расплава
при кристаллизации перовскитов: перовскиты из Cpx-Phl-Ol оранжеитов Костомукши кристаллизовались при фугитивности кислорода, соответствующей ANNO от —3.3 до —1.1, а перовскиты оранжеитов Лентиира — при похожих условиях, ANNO от —3.3 до —0.9.
На основе изучения Sm-Nd и Rb-Sr изотопных систем получены свидетельства участия древнего обогащенного источника в петрогенезисе оранжеитов и предложена двухэтапная последовательность образования их мантийного источника: 1) метасоматическая проработка ранее дебетированного литосферного источника в основании Карельского кратона в ходе палеопротерозойских оро-генных событий 2.1—2.0 млрд лет назад; 2) генерация оранжеитовых расплавов, инициированная процессами растяжения 1.27—1.20 млрд лет назад.
DOI: 10.7868/S0869590314020034
ВВЕДЕНИЕ
Оранжеиты (кимберлиты группы II Южной Африки) — редкие алмазсодержащие высокощелочные (калиевые) ультраосновные породы. До недавнего времени предполагалось, что распространение оранжеитов ограничено узкими про-
странственными и временными рамками: они были известны только в пределах кратона Каап-вааль Южной Африки и имели мезозойский возраст (200-110 млн лет, Mitchell, 1995; Coe et al., 2008). Однако недавно оранжеиты мезозойского возраста (65 млн лет, Chalapathi Rao et al., 2010)
были установлены в Центральной Индии в крато-не Бастар. Промежуточный состав между оранже-итами и лампроитами был выявлен для мезозойских (159 млн лет) проявлений Земли Королевы Мод (Антарктида) (Romu et al., 2008).
Дайки высокощелочных ультраосновных пород мезопротерозойского возраста, распространенные в Западной Карелии (Костомукша-Тало-вейс и Лентиира-Кухмо), по мнению многих исследователей (Mahotkin, 1998; O'Brien, Tyni, 1999; Попов и др., 2007; Раевская и др., 2010; O'Brien et al., 2007; McNulty, O'Brien, 2012 и др.), имеют переходный минеральный состав от лампроитов к кимберлитам II группы (оранжеитам). В Косто-мукшском районе дайки щелочно-ультраоснов-ных пород лампроитового типа впервые были установлены в конце 80-х годов (Проскуряков и др., 1989). Принадлежность, по крайней мере, части их к кимберлитам группы II была обоснована в работе И.Л. Махоткина (Mahotkin, 1998). В породах Костомукши, изученных в работах (Никитина и др., 1999; Попов и др., 2007; Антонов и др., 2009), первичный карбонат не отмечался, но описаны псевдолейцит, прайдерит, К-рихте-рит, измененное стекло, т.е. фазы, типичные для лампроитов; соответственно, эти породы были отнесены авторами к лампроитам (Никитина и др., 1999). В работе (Раевская и др., 2010) в Ко-стомукшском поле упомянуты кимберлитовые диатремы и дайки, внедрение которых предшествовало становлению даек лампроитов. Таким образом, к настоящему времени установлено, что проявление Костомукши представлено как лам-проитами, так и оранжеитами.
Для проявлений района Лентиира-Кухмо в Финляндии переходный между лампроитами и оранжеитами характер также отмечался ранее в работах (O'Brien, Tyni, 1999). В последние годы (O'Brien et al., 2007; McNulty, O'Brien, 2012) финские исследователи полагают, что эти проявления в большей степени отвечают кимберлитам группы II, чем лампроитам.
Все изученные в настоящей работе породы как Костомукши, так и Лентиира содержат, наряду с оливином и флогопитом, первичный карбонат среди главных или второстепенных минералов, что не позволяет считать их лампроитами (Лам-проиты, 1991; Mitchell, 1995; Tappe et al., 2005). Породы также не могут быть отнесены к ультрамафическим лампрофирам (айлликитам), поскольку составы слагающих их слюд, шпинелей, клинопироксенов не соответствуют таковым в айлликитах (Tappe et al., 2005). На основании присутствия в породе флогопитов с "оранжеито-вым" Al-Ti трендом, шпинелидов, клинопирок-сенов, обедненных Al и Ti, а также акцессорного кварца в единичных образцах мы относим их к оранжеитам (кимберлитам II группы) (Mitchell,
1995; Tappe et al., 2005; Donnelly et al., 2010; Chal-apathi Rao et al., 2011).
Большинство исследователей принимает модель двустадийного образования мантийного источника кимберлитовых и лампроитовых расплавов: деплетирование за счет частичного плавления и последующее метасоматическое обогащение. Однако существуют разногласия по некоторым вопросам: принадлежит ли основной вклад в состав расплавов литосферному или астеносферному источнику, какова природа метасоматического агента и какова форма присутствия метасоматических новообразований в литосферной мантии.
Значительное число исследователей предполагает, что источник расплавов как оранжеитов, так и лампроитов находится в литосферной мантии (Foley, 1992; Coe et al., 2008; Becker, LeRoex, 2006 и др.). Петрогенезис как лампроитов, так и оран-жеитов подразумевает во многом сходные условия (Tainton, McKenzie, 1994): равновесие исходных расплавов с гранатовым гарцбургитом, присутствие слюды в составе обогащенного компонента; природа этого компонента может быть как астено-сферной (Chalapathi Rao et al., 2011), так и субдук-ционной (Coe et al., 2008).
Например, петрогенезис оранжеитов Южной Африки рассматривается в рамках модели частичного плавления (0.5-2%) при подъеме мантийного плюма деплетированной литосферной мантии, предварительно (за ~1 млрд лет) испытавшей метасоматическое обогащение надсуб-дукционными флюидами (Becker, LeRoex, 2006; Coe et al., 2008). Однако происхождение оранжеитов Индии, как полагают (Chalapathi Rao et al., 2011), не было непосредственно связано с надсуб-дукционными процессами, и расплавы, метасо-матизировавшие литосферную мантию, имели астеносферную природу.
Изучение оранжеитов за пределами "традиционного" ареала распространения и более древнего возраста, чем все ранее установленные проявления, в области, где они встречаются совместно с лампроитами, несомненно, поможет в решении некоторых дискуссионных вопросов их петрогенезиса.
Соответственно, в рамках настоящей статьи обсудим происхождение гетерогенной популяции оливинов, присутствующих в оранжеитах, геохимические вариации состава оранжеитов, связанные с различной степенью метасоматиче-ской переработки перидотитового источника, изотопные (Sr, Nd) свидетельства участия древнего обогащенного источника в петрогенезисе оранжеитов, а также некоторые особенности фракционирования оранжеитовых расплавов.
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ПОЗИЦИЯ ОРАНЖЕИТОВ КОСТОМУКШИ
В мезопротерозойское время в юго-западной части архейского Карельского кратона произошло внедрение оранжеитов и лампроитов Косто-мукши (1230 ± 5 млн лет, Беляцкий и др., 1997) и Лентиира—Кухмы (1202 ± 4 млн лет O'Brien et al., 2007), которые образуют единую область, охватывающую как территорию России (вблизи Косто-мукшского железорудного месторождения, г. Ко-стомукша и гора Таловейс) так и Финляндии (в районе оз. Лентиира и г. Кухмо). Проведенное изучение Rb-Sr изотопной системы оранжеито-вых даек Таловейсского кластера (см. ниже табл. 10) позволило получить по пяти валовым пробам и одной пробе флогопита эррохрону с параметрами 1214 ± 20 млн лет (начальное изотопное отношение 87Sr/86Sr = 0.7041, СКВО = 56).
Оранжеиты Костомукши локализованы в Западно-Карельском террейне в пределах Косто-мукшской зеленокаменной структуры (рис. 1), сложенной надсубдукцио
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.