ГЕОХИМИЯ, 2007, № 4, с. 411-428
ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В КОРУНДСОДЕРЖАЩИХ И ДРУГИХ МЕТАСОМАТИТАХ ПЕРИОДА ПОДЪЕМА К ПОВЕРХНОСТИ МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ПОРОД БЕЛОМОРСКОГО ПОЯСА (БАЛТИЙСКИЙ ШИТ)
© 2007 г. Е. Н. Терехов
Геологический институт РАН 119017 Москва, Пыжевский пер.,7 e-mail: tereh@ilran.ru Поступила в редакцию 23.05.05 г.
В статье, приводятся данные о распределении РЗЭ в метасоматитах, в том числе и корундсодержа-щих, образовавшихся в период подъема к поверхности метаморфических пород Беломорского пояса (1.9-1.75 млрд. лет назад). Предполагается, что этот процесс происходил в условиях горизонтального растяжения и тектонической денудации верхней коры, что предопределило массовое выделение флюидов, благодаря которым и были сформированы основные и две группы кислых метасоматитов. Наиболее глубинные корундсодержащие и другие мафические метасоматиты по сравнению с вмещающими породами, обогащены РЗЭ, щелочами и глиноземом. Синхронные с ними кислые метасоматиты типа ортотектитов, истощены РЗЭ (с наличием положительной Eu аномалией), мафическими и высокозарядными элементами, но также являются высокоглиноземистыми. Предполагается, что это комплиментарные образования, сформированные на начальных этапах подъема глубинных масс под влиянием восстановленных флюидов декомпрессионной природы. Кислые метасоматиты второй группы (с мусковитом) имеют повышенные содержания РЗЭ (с отрицательной Eu аномалией) и они образовались под влиянием уже окисленных флюидов, на меньших глубинах. То, что корундсодержащие породы, несмотря на ультраосновной состав обогащены РЗЭ, может указывать на то, что они формировались в обстановке растяжения, при участии глубинных флюидов, которые и привнесли: Al, Na, K, Ba, Sr, Zr, LREE.
В последние годы усилился интерес исследователей к проблемам вывода метаморфических пород к поверхности [1], которые связываются с тектоническими процессами сжатия, или, что чаще - растяжения [2]. Структурные аспекты процессов растяжения, а именно пологие сбросы и комплексы метаморфических ядер, в ходе эволюции которых и происходит появление на поверхности глубинных образований, в настоящее время изучены довольно хорошо, хотя в нашей стране они еще не получили широкой известности [3-5].
Обстановка растяжения, а именно шоковая декомпрессия определяет взрывоподобный выброс флюидов, которые формируют метасоматиты, как в метаморфических породах, так и в перекрывающих их комплексах. Поэтому помимо структурных аспектов вывода глубинных пород к поверхности, важным вопросом является характер изменения состава глубинных пород по мере их подъема, что отражено в ряде работ [6-8]. Кроме того, исследования последних лет показали, что многие минералы, которые ранее считались индикаторами высоких давлений: корунд, сапфирин, гранат, кианит, силлиманит и даже алмаз, формируются под влиянием флюидов на ре-
грессивном этапе [9-11], а не на пике метаморфизма, что повышает интерес к вещественным преобразованиям пород, испытывающих декомпрессию. Эта проблема имеет и важное практическое значение, так как в этот момент в глубинных массах происходят их важные преобразования, часто с формированием полезных ископаемых. Так, огромное количество драгоценных камней в Па-миро-Гималайском регионе, время формирования которых считалось как весьма древнее - палеозойское или докембрийское, образовались недавно -25-3 млн. лет назад, при выводе к поверхности кристаллических пород [9, 12].
Для докембрия, проблема появления на поверхности глубометаморфизованных пород замалчивалась, так как, чаще всего это объяснялось длительной эрозией. Из-за этого, несмотря на значимость данной проблемы, сведения о содержаниях редкоземельных элементов (РЗЭ) в метасоматитах синхронных с выводом к поверхности глубинных пород, весьма ограничены. Поведение РЗЭ, как известно, зависит от среды ми-нералообразования [13], а это очень важно для постоянно меняющихся условий, при которых глубинные породы приближаются к поверхности.
Поэтому, особенности распределения РЗЭ можно рассматривать в качестве индикаторов условий образования этих метасоматитов.
На основе оригинальных данных, автор ставит целью показать характер распределения РЗЭ в важнейших типах метасоматитов, сформированных при выводе к поверхности метаморфических пород Беломорского пояса - одной из крупнейших структур восточной части Балтийского щита (рис. 1). А также оценить влияние отдельных физико-химических факторов на поведение РЗЭ при формировании метасоматитов и предложить вероятные пути и способы их миграции.
Все определения силикатного состава метасоматитов и вмещающих их пород, а также некоторой части микроэлементов (Сг, №, Со, V) были выполнены в институте геохимии СОРАН в г. Иркутске. Остальные микроэлементы и РЗЭ были выполнены в институте литосферы РАН г. Москвы на ренгено-флуоресцентном анализаторе ТЭФа и спектрометре Monospec 1000 методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индукционной плазмой. Метрологические характеристики данной методики и сравнение ее с другими методами определения РЗЭ в горных породах приведены в работе [14].
Современные исследования Беломорского пояса в большинстве своем нацелены на изучение ранних стадий развития, тогда как заключительные этапы его эволюции рассматриваются как несущественные, которые не смогли исказить его состав и строение [15]. На взгляд автора, это совершенно не так и более того, пока не поняты основные структурно-вещественные закономерности преобразования пород при их подъеме, достоверность расшифровки более ранних стадий весьма проблематична.
КРАТКИЙ ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ОЧЕРК
Большая часть протолитов пород Беломорского пояса образовалась в интервале 2.9-2.8 млрд. лет, а затем, они были метаморфизованы в условиях амфиболитовой, а частично и гранулитовой фациях метаморфизма, подвергнуты процессам
тектонического течения, которые сопровождались мигматизацией [15]. Роль последней в формировании современного облика пояса дискуссионная: одни исследователи считают, что большая часть кислых пород образовалась по исходному амфиболитовому субстрату [16], другие полагают, что валовый состав изменился незначительно и протолиты изначально, были кислыми [17]. На рубеже 2.5-2.45 млрд. лет породы Беломорского пояса были прорваны огромным количеством (более 5000 тел) интрузий основного-ультраосновного состава, известных как друзиты [18], которые кристаллизовались на глубинах 30-20 км. Они слагают бескорневые, каплевидные или бу-диноподобные тела, дайки среди них редки. Выделяется и более молодая эпоха формирования друзитов - 2.2-2.1 млрд. лет, синхронная с ятулий-ским вулканизмом [19], но их на порядок меньше. Известнейшими образованиями Беломорского блока являются мусковитовые и мусковит-редко-метальные пегматиты. Количество жил, не поддается учету - их многие тысячи. Пегматиты формировались в период 1.9-1.75 млрд. лет, и начали они образовываться при давлениях 7 кбар [20], что отвечает глубинам около 20 км. По ряду геологических и геохронологических данных можно предполагать, что породы беломорского комплекса на рубеже 1.75-1.7 млрд. лет оказались вблизи или на поверхности Земли [21].
Несмотря на огромное количество геологических исследований Беломорского пояса, проблема появления его метаморфических пород на поверхности Земли, специально никем не рассматривалась, хотя отмечается, что это могло происходить в условиях свекофеннской коллизии [15, 17]. Подобная (коллизионная) трактовка вывода метаморфических толщ к поверхности была характерна и для большинства складчатых поясов Мира, однако в последние годы появляется все больше данных, указывающих на то, что этот процесс происходит в обстановке растяжения [1-8]. В данной работе обсуждается именно этот заключительный этап эволюции Беломорского пояса, который, вероятнее всего, также осуществлялся в обстановке растяжения [21]. В структурном аспек-
Рис. 1. Положение Беломорского пояса с точками корундовой минерализации в структуре восточной части Балтийского щита.
1 - щелочные интрузии девонского возраста; 2 - рифейские отложения, кружки под вендским чехлом; 3 - гранитоиды: а - до- и синскладчатые (2.45-1.8 млрд лет), б - постскладчатые (1.8-1.7 млрд. лет); 4-5 - Лапландско-Беломорский комплекс метаморфических ядер: 4 -Беломорский пояс (бывшая средняя кора) и его пегматиты: а -мусковит-редко-метальные, б - мусковитовые, кружки под вендским чехлом; 5 - Лапландский гранулитовый пояс (бывшая нижняя кора); 6 - вулканогенно-осадочные образования (карелий) (2.5-1.8 млрд. лет); 7 - расслоенные интрузии (2.5-2.45 млрд. лет); 8 - докарельский гранит-зеленокаменный фундамент (3.1-2.6 млрд. лет) (верхняя кора); 9 - детачмент - граница Лапландско-Беломорского пояса (палеоподошва верхней коры); 10 - вертикальные и наклонные разломы и направления их падения; 11 - местонахождения проб с гранатом из: а - гранатового амфиболита и метаанортозита Лапландского пояса, б - трубки взрыва о. Еловый, в - гранат-ставролит-мусковит-кианитовые метасоматиты (1.8 млрд. лет); 12 - точки корундовой минерализации и их номера: 1 - Перуселька, 2 - Лягкомина, 3 - Высота 128, 4 - Дядина Гора, 5 - Нотозерское, 6 - Хитостров, 7 - Варацкое, 8- Шуерецкое (корунд только в шлифах), 9 - Кийостровское.
*ОЗ.
А ;
г
ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ 1—
100 км
N
А
„ 4,
ОЗ. ОЗ.
и
|й) о{
& Pz
о
ОЗ.
ул г; с©« г
гй
ОЗ
." -
ЧАЯ
ОЗ.
ОЗ.
3
БЕЛОЕ МОРЕ
Ф Pz| 1 оо оо оо оо
: Я : 2 НЪАЯ
а б
э 3
а б
4 К-
а б в
5
¥ ^ 6 01
10
11
12
Ы
7
9
ЮЗ
2.2 (?)—2.0—1.9 млрд. лет
ЮЗ
Окислительные
Восстановительные условия
ьные ьные
1.9-1.8 млрд. лет
ЮЗ
СВ
СВ
СВ
1.8-1.75 млрд. лет 1
а б в а 6
о ®
а
7
Рис. 2. Модель вывода к поверхности среднекоровых пород Беломорского пояса и структурное положение метасома-титов при эволюции пологого сброса. 1 - верхняя, хрупкая кора; 2 - средняя, хрупко-пластичная кора; 3 - пологий сквозькоровый сброс (жирная линия) и сопряженные с ним разломы; 4 - лежачая складка и основные метасоматиты (в том числе и корундсодержащие); 5 - кислые мет
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.